Что проводит электрический ток в химии

Что проводит электрический ток в химии

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, упорядоченное (направленное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопич. тел. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц; если ток создаётся отрицательно заряженными частицами (напр., электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Различают Э. т. проводимости, связанный с движением заряженных частиц относительно той или иной среды (т. е. внутри макроскопич. тел), и конвекционный ток — движение макроскопич. заряженных тел как целого (напр., заряженных капель дождя).

О наличии Э. т. в проводниках можно судить по тем действиям, к-рые он производит: нагреванию проводников, изменению их хим. состава, созданию магнитного поля. Магнитное действие тока проявляется у всех без исключения проводников; в сверхпроводниках не происходит выделения теплоты, а хим. действие тока наблюдается преимущественно в электролитах. Магнитное поле порождается не только током проводимости или конвекционным током, но и переменным электрическим полем в диэлектриках и вакууме. Величину, пропорциональную скорости изменения электрического поля, во времени, Дж. К.

Максвелл назвал током смещения. Ток смещения входит в Максвелла уравнения на равных правах с током, обусловленным движением зарядов. Поэтому полный Э. т., равный сумме тока проводимости и тока смещения, может быть определён как величина, от к-рой зависит интенсивность магнитного поля. Количественно Э. т. характеризуется скалярной величиной — силой тока I и векторной величиной — плотностью электрического тока j. При равномерном распределении плотности тока по сечению проводника сила тока I — jS = qnvS, где qo — заряд частицы, п — концентрация частиц (число частиц в единице объёма), v — ср. скорость направленного движения частиц, S — площадь поперечного сечения проводника.

Для возникновения и существования Э. т. необходимо наличие свободных заряженных частиц (т. е. положительно или отрицательно заряженных частиц, не связанных в единую электрически нейтральную систему) и силы, создающей и поддерживающей их упорядоченное движение. Обычно силой, вызывающей такое движение, является сила со стороны электрич. поля внутри проводника, к-рое определяется электрическим напряжением на концах проводника. Если напряжение не меняется во времени, то в проводнике устанавливается постоянный ток, если меняется,- переменный ток.

Важнейшей характеристикой проводника является зависимость силы тока от напряжения — вольтамперная характеристика. Она имеет простейший вид для металлич. проводников и электролитов: сила тока прямо пропорциональна напряжению (Ома закон).

В зависимости от способности веществ проводить Э. т. они делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники, В проводниках имеется очень много свободных заряженных частиц, а в диэлектриках — очень мало. Поэтому сила тока в диэлектриках крайне мала даже при больших напряжениях, и они служат хорошими изоляторами. Промежуточную группу составляют полупроводники.

В металлах свободными заряженными частицами — носителями тока являются электроны проводимости, концентрация к-рых практически не зависит от темп-ры и составляет 10 22 -10 23 см -3 . Их совокупность можно рассматривать как "электронный газ". Электронный газ в металлах находится в состоянии вырождения, т. е. в нём отчётливо проявляются квантовые свойства. Квантовая теория металлов объясняет зависимость электрич. сопротивления металлов от темп-ры (линейное увеличение с ростом темп-ры) и прямую пропорциональность между силой тока и напряжением.

В электролитах Э. т. обусловлен направленным движением положит, и отрицат. ионов. Ионы образуются в электролитах в результате электролитической диссоциации. С ростом темп-ры число молекул растворённого вещества, распадающихся на ионы, увеличивается и сопротивление электролитов падает. При прохождении тока через электролит ионы подходят к электродам и нейтрализуются. Масса выделившегося на электродах вещества определяется законами электролиза Фарадея.

Газы из нейтральных молекул являются диэлектриками. Э. т. проводят лишь ионизованные газы — плазма. Носителями тока в плазме служат положит, и отрицат. ионы (как в электролитах) и свободные электроны (как в металлах). Ионы и свободные электроны образуются в газе в результате сильного нагревания или внеш. воздействий (ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучей, при соударениях быстрых электронов с нейтральными атомами или молекулами и т. д.).

Э. т. в электровакуумных приборах (электронных лампах, электроннолучевых трубках и т. д.) создаётся потоками электронов, испускаемых нагретым электродом — катодом (см. Термоэлектронная эмиссия). Электроны ускоряются электрич. полем и достигают другого электрода — анода.

В полупроводниках носителями тока являются электроны и дырки.

Лит.: Тамм И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976, гл. 3, 6; Калашников С. Г., Электричество, 4 изд., М., 1977 (Общий курс физики), гл. 6, 14-16, 18. Г. Я. Мякишев.

Электрический ток не проводит

1) расплав хлорида натрия

Читайте также:  Способ подключения стиральной машины

2) расплав оксида кремния

3) раствор азотной кислоты

4) раствор хлорида цинка

Оксид кремния, в отличие от других приведённых неорганических веществ, является неионным соединением, поэтому его расплав не проводит электрический ток.

Растворы солей и кислот в воде или в каком-либо другом растворителе проводят электрический ток и называются электролитами или проводниками второго рода в отличие от металлических проводников, называемых проводниками первого рода.

Электрический ток может проходить через среды, имеющие электрически
заряженные частицы, обладающие способностью перемещаться.

При растворении солей и кислот в воде или в каком-либо ином растворителе (этиловый спирт, бензин, бензол и др.) часть молекул распадается на две части, называемые ионами, причем одна часть имеет положительный заряд, другая — отрицательный заряд.
Если в сосуд с электролитом погружены две металлические пластины, называемые электродами, которые при помощи проволочных проводников присоединены к
источнику энергии постоянного тока, то вследствие разности потенциалов между электродами через электролит будет протекать ток.

Прохождение тока через электролит сопровождается химическим процессом, называемым электролизом. Находящиеся в электролите ионы, притягиваясь к электродам, двигаются в противоположных направлениях: положительные ионы — к катоду, а отрицательные ионы — к аноду.

Подойдя к катоду, положительные ионы получают от него недостающие им электроны и образуют электрически нейтральные атомы. На аноде происходит обратный процесс: отрицательные ионы отдают аноду свои избыточные электроны.

При прохождении электрического тока через электролит на электродах выделяется определенное количество веществ, содержащихся в виде химического соединения в электролите.
Зависимость выделенного вещества от силы тока устанавливается
двумя законами Фарадея.

Первый закон Фарадея сформулирован так:количество вещества, выделившегося на электродах при прохождении тока через электролит, прямо пропорционально количеству электричества, прошедшему, через электролит.

При прохождении одного кулона электричества из электролита выделяется определенное количество массы вещества, которое называется электрохимическим эквивалентом данного вещества.
В практических расчетах для определения количества электричества удобнее пользоваться не кулонами, а ампер-часами (А-ч).
Так как один кулон равен ампер-секунде, то между ампер-часом и кулоном имеет место следующее соотношение:1 А-ч=3600 А-с=3600 Кл.

Электрохимический эквивалент К выражается в граммах, отнесенных к одному ампер-часу количества электричества (г/А -ч), т. е. это количество массы вещества, выделившегося из электролита и выраженное в граммах, при прохождении через электролит одного ампер-часа количества электричества.

Второй закон Фарадея гласит:при одном и том же количестве электричества, протекающего через различные электролиты, количества массы веществ, выделившихся на электродах, пропорциональны их химическим эквивалентам.

Из сопоставления 1-го и 2-го законов Фарадея вытекает, что электрохимические эквиваленты К пропорциональны их химическим эквивалентам, т. е.

К1/а1=К2/а2=К3/а3 =.
Следовательно, отношение электрохимических эквивалентов к их химическим эквивалентам является величиной постоянной и равной
К/а = 3,72/100 = 0,0372;
Итак, второй закон Фарадея может быть выражен следующим образом.
К = а х 0,0372;

Электролиз получил широкое применение в различных отраслях промышленности: в гальванопластике, гальваностегии, для очистки (рафинирования) металлов и др.

Гальванические элементы
Проводники первого рода (твердые) и второго рода (жидкие электролиты) совместно используются в гальванических элементах, служащих источниками постоянного тока.
В гальванических элементах во время их работы происходит движение ионов и оседание на электродах элемента, выделяющегося из электролита вещества.

Простейшим гальваническим элементом является медно-цинковый.

В стеклянный сосуд, наполненный раствором серной кислоты в воде, погружены медная и цинковая пластины, которые представляют собой положительный и отрицательный полюсы элемента.

При замыкании цепи элемента каким-либо проводником внутри этого элемента будет проходить ток от цинковой отрицательной пластины к медной положительной, а во внешней цепи от медной к цинковой.

Под действием тока внутри элемента положительные ионы водорода движутся по направлению тока, отрицательные ионы кислотного остатка — в противоположном направлении.
Соприкасаясь с медной пластиной, положительные ионы водорода отдают ей свои заряды, а водород в виде пузырьков газа скопляется на ее поверхности.

В это же время отрицательные ионы остатка серной кислоты отдают свои заряды цинковой пластине. Таким образом происходит непрерывный заряд пластин элемента, поддерживающий разность потенциалов (напряжение) на его зажимах.

Выделение водорода на медной пластине элемента ослабляет его действие — поляризует элемент.
Явление поляризации состоит в том, что скопляющийся на положительном электроде водород создает в совокупности с металлом электрода дополнительную разность потенциалов, называемую электродвижущей силой поляризации. Эта эдс направлена противоположно электродвижущей силе элемента.

Кроме того, пузырьки водорода, покрывающие часть медной пластины, уменьшают ее действующую поверхность, а это увеличивает внутреннее сопротивление элемента.

Читайте также:  Поделки из пшена для детей

Поляризация в рассмотренном элементе настолько значительна, что делает его непригодным для практических целей.
Для устранения явления поляризации в состав элемента вводят поглотитель (деполяризатор), который предназначен для поглощения водорода и недопускает скопления его на положительном полюсе элемента.
Деполяризаторами могут служить химические препараты, богатые кислородом или хлором.

Электродвижущая сила медно-цинкового элемента равна 1,1 В, а внутреннее сопротивление в зависимости от времени работы — 5—10 Ом.
В угольно-цинковом элементе положительным полюсом служит угольная пластина,
а отрицательным — цинковый стержень.
Деполяризатором в этом элементе является спрессованная под большим давлением смесь, называемая агломератом. Она состоит из перекиси марганца и графита.

В качестве электролита в угольно-цинковом элементе применяют водный раствор хлористого аммония.
Электродвижущая сила угольно-цинкового элемента 1,4—1,5 В в начале разряда при среднем значении 0,9—1,1 В, а внутреннее сопротивление в зависимости от конструкции элемента — 0,25—0,7 Ом в начале разряда и 1,4—5 Ом в конце.

Угольно-цинковые элементы выпускает отечественная промышленность в виде так называемых сухих элементов стаканчикового и галетного типов, весьма удобных для переноски и перевозки.
В сухих элементах стаканчикового типа положительный полюс с агломератом помещают внутри цинковой коробки , которая служит отрицательным полюсом элемента.
Пространство между стенками цинковой коробки и агломератом заполняют пастой, состоящей из раствора хлористого аммония и картофельной муки.
Над агломератом укладывают картонную прокладку , на которую насыплют прослойку опилок; сверху опилки закрывают прокладкой.

Затем элемент заливают смолой, в которую вставляют трубку. Назначение этой трубки — удалять образующиеся внутри элемента газы.
На выходящий из смолы угольный электрод насаживают медный колпачок с
винтом и гайкой для присоединения проводника.

К верхней части цинковой коробки (отрицательному полюсу) припаивают изолированный гибкий проводник. На дно коробки укладывают изолирующую прокладку.
В галетном элементе отрицательным электродом является цинковая пластина, положительным — спрессованный в виде галеты порошок двуокиси марганца с углем.

Между электродами помещают картонную пластинку, пропитанную раствором нашатырного спирта.
Наружная поверхность цинковой пластины покрыта слоем канифоли с частицами графита для электропроводности.

В качестве изоляции применяют хлорвиниловые пленки.
Галетные элементы компактны и их активные материалы (особенно цинк) используются лучше, чем в стаканчиковых элементах.

Аккумуляторы

Аккумулятором называется прибор, обладающий способностью накапливать и сохранять в течение некоторого времени электрическую энергию в результате химических процессов.

В аккумуляторе, как и в гальваническом элементе, электрический ток является следствием химических процессов.

Но в отличие от аккумулятора в гальваническом элементе получающиеся химические соединения не могут быть вторично разложены и приведены в первоначальное состояние током постороннего источника.

Поэтому гальванические элементы называются первичными, а аккумуляторы — вторичными или обратимыми.

Повторные заряд и разряд не только не вредят аккумулятору, но даже улучшают его свойства, так как в работе участвуют все более глубокие слои пластин электродов.

В зависимости от состава электролита аккумуляторы могут быть кислотными и щелочными.

Простейший кислотный аккумулятор
состоит из двух свинцовых пластин (электродов), погруженных в электролит, которым служит вода с небольшим добавлением серной кислоты.

Постоянный ток постороннего источника, проходя через электролит, разлагает его на составные части.
Внутри электролита возникает движение положительных ионов водорода Н2 к пластине, соединенной с отрицательным зажимом источника тока, и отрицательных ионов кислорода О к пластине, соединенной с положительным зажимом источника тока.

В результате электролиза окисляется свинец на положительном электроде и образуется губчатый свинец на отрицательном электроде.

Если аккумулятор отключить от источника тока и замкнуть на какой-нибудь приемник энергии, то аккумулятор сам станет источником тока подобно гальваническому элементу, у которого электродами служат пластины, отличающиеся друг от друга по химическому составу.
Электролитом в кислотных аккумуляторах, как указывалось выше, служит раствор кислоты определенной плотности.

— Плотностью раствора называется число, показывающее, во сколько раз масса этого раствора больше массы воды того же объема.
— При составлении раствора для аккумуляторов серную кислоту тонкой струей наливают в воду.
— Нельзя вливать в серную кислоту воду, так как произойдёт бурное разбрызгивание кислоты, которая может причинить ожоги.
— Вода для электролита должна быть дистиллированной.
— Эдс аккумулятора зависит от плотности электролита и не зависит от его размеров и номинальной емкости.
— В процессе заряда и разряда аккумулятора плотность злектролита не остается постоянной, в связи с этим изменяется как его эдс, так и напряжение на его зажимах.

График изменения напряжения
кислотного аккумулятора:

1 — при заряде,
2 — при разряде.

Читайте также:  Обработка туй бордосской жидкостью

Количество электричества, которое аккумулятор может отдать при разряде определенным током до наинизшего допустимого напряжения, называется его емкостью.

Она равна произведению разрядного тока в амперах на продолжительность времени разряда в часах и выражается в ампер-часах.
Схема соединения пластин кислотного аккумулятора.

Емкость аккумулятора зависит от количества активной массы, величины тока и температуры.


Под номинальной емкостью понимают то количество электричества, которое отдает полностью заряженный аккумулятор при
10-часовом режиме разряда и температуре 25°С.

Таким образом, аккумулятор отдает номинальную емкость, разряжаясь в течение 10 ч током, численно равным 0,1 величины его номинальной емкости.

При увеличении разрядного тока емкость аккумулятора уменьшается, так как поверхность пластин покрывается сернокислым свинцом и затрудняет доступ электролита к внутренним слоям активной массы.

При понижении температуры увеличивается вязкость электролита, что также затрудняет его доступ к внутренним слоям активной массы и уменьшает емкость аккумулятора.

Для увеличения емкости аккумулятора несколько одноименных пластин соединяют параллельно.
Каждая группа положительных и отрицательных пластин работает как одна большая пластина, площадь которой равна сумме площадей параллельно соединённых пластин.

Так как положительные пластины должны находиться между отрицательными, число отрицательных пластин всегда на одну больше числа положительных.

При этом условии обе стороны положительных пластин вступают во взаимодействие с электролитом ( при односторонней работе положительные пластины коробятся и при соприкосновении с отрицательными пластинами может произойти короткое замыкание ).

Стационарные кислотные аккумуляторы изготовляют в стеклянных или керамических сосудах. Аккумуляторы больших емкостей имеют сосуды деревянные, выложенные внутри свинцом или кислотостойким изоляционным материалом.
Кислотные аккумуляторы применяют на электротехнических установках стационарного типа и на автотранспорте.
В качестве переносных аккумуляторов используют преимущественно щелочные аккумуляторы.

Щелочные аккумуляторы.
Сосуды щелочных аккумуляторов сваривают из тонкой листовой стали и с наружной стороны никелируют. В центре крышки сосуда имеется отверстие для заливки аккумуляторов электролитом.
Эдс щелочных аккумуляторов зависит от состояния активной массы пластин. От температуры и плотности электролита эдс зависит незначительно и только при низких температурах, близких к нулю, она резко изменяется.

Напряжение в конце заряда аккумулятора равно 1,8 В, по окончании заряда — 1,5—1,55 В;
эдс разряженного аккумулятора — 1,3 В.

Достоинством щелочных аккумуляторов является то, что

— они не требуют тщательного ухода;
— не боятся сотрясений;
— могут длительно оставаться в разреженном состоянии;
— выносят короткие замыкания, которые для кислотных аккумуляторов представляют большую опасность;
— саморазряд у щелочных аккумуляторов меньше, чем укислотных.

В зависимости от материала электродов щелочные аккумуляторы могут быть кадмиево-никелевые, железо-никелевые, серебряно-цинковые, золото-цинковые и газовые.

Применение в массовом масштабе золото-цинковых аккумуляторов ограничивается их высокой стоимостью.
Газовые аккумуляторы отличаются легкостью и дешевизной, но технология их производства недостаточно разработана.

Наиболее широкое распространение получили кадмиево-никелевые ( КН )
и железоникелевые ( ЖН ) аккумуляторы, электролитом которых служит раствор едкого кали в воде; плотность электролита 1,2.
По своему устройству и электрическим данным аккумуляторы КН и ЖН незначительно отличаются друг от друга.
Активную массу запрессовывают в брикеты ( пакеты ), а затем из брикетов собирают отдельные пластины.
У аккумуляторов типа ЖН отрицательных пластин на одну больше, чем положительных.
У аккумуляторов типа КН положительных пластин на одну больше, чем отрицательных.

Один из полюсов аккумулятора соединяется с сосудом (у ЖН — отрицательный,
а у КН — положительный полюс).

Серебряно-цинковый аккумулятор представляет собой пластмассовый сосуд, в котором помещены положительные и отрицательные электроды, составленные из отдельных пластин.

Отрицательные электроды, изготовленные из пластин окиси цинка, заключены в защитные пакеты из материала, который хорошо пропускает электролит, но задерживает металлические частицы.
Положительные пластины изготовлены из серебра.

Для составления аккумуляторной батареи или батареи гальванических элементов несколько элементов соединяют последовательно, т. е.
катод первого аккумулятора соединяют с анодом второго,
катод второго — с анодом третьего и т. д.

Получившиеся таким образом свободные электроды, а именно, анод первого элемента и катод последнего являются соответственно положительным и отрицательным полюсами аккумуляторной батареи.

При определении эдс аккумуляторной батареи из n кислотных аккумуляторов или гальванических элементов с эдс одного элемента Ео и внутренним сопротивлением Ro эдс батареи Е = nЕ0 и внутреннее сопротивление R = nR0.

Вернуться на главную страницу. или ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Ссылка на основную публикацию
Что можно сделать из остатков фанеры
Если после проведения ремонтных работ остались определенные куски фанеры, это вовсе не повод от них немедленно избавляться. Данный материал еще...
Чем лечить ушибы и растяжения
Автор: seomanager · Май 15, 2019 Ушибы и растяжения считаются самыми распространенными травмами, в такой ситуации как можно раньше должна...
Чем лучше всего гладить рубашки
Каждый раз, когда направляешься на работу или попадаешь в людное место, волей не волей, обращаешь внимание на мужчин, которые ходят...
Что можно сделать из скороварки
Всем привет! Давно я обещал написать эту статью, но постоянно ее откладывал. Пришло время исполнить обещание. Сегодня я буду рассказывать,...
Adblock detector