28. Действие электрического тока на тело человека. Риск поражения электрическим током в быту.

29. Электролиты. Законы Фарадея для электролиза.

Опр. Вещества, растворы которых в воде и некоторых других диэлектрических жидкостях проводят электрический ток называются электролитами.

К электролитам относятся соли, кислоты и щелочи. Молекулы электролита и растворителя дипольные. Поэтому в растворе каждую молекулу электролита окружают группы молекул растворителя.

Молекулы растворителя стремятся разорвать молекулы электролита на 2 части. Этому способствует тепловое движение. В результате большинство молекул электролита распадаются на “+” и “—” ионы. “+” заряж. ионы назыв. катионы, а “—” – анионы.

Молекула поваренной соли NaCl в водном растворе распадается на катион Na и анион Cl.

NaCl ↔ Na⁺ + Cl^-

Распад молекул электролита на ионы в результате взаимодействия с растворителем называется электролитической диссоциацией. Каждый ион дисс. молекулы в растворе окружается оболочкой, состоящей из молекул растворителя. Эта оболочка называется сольватной.

Процесс, обр. диссоциации называется рекомбинацией.

Рекомбинация – это восстановление ионов электролита в нейтральные молекулы. В растворах процессу рекомбинации ионов препятствуют сольватные оболочки.

Эл. диссоциация характеризуется степенью или коэффициентом диссоциации. Степенью диссоциации называется отношение числа диссоциированых мол. электролита к общему числу его молекул.

α = N^'/N

N^' – число дисс. молекул

N – общее число молекул.

Если обозначить n – число распавшихся молекул в единице объема раствора и через n₀ – общее число молекул электролита в ед. объема раствора, то степень диссоциации α = n/n₀

Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, от концентрации электролита и от t.

В слабых растворах n₀ →0 почти все молекулы электролита диссоциированы. α ≈ 1.

С повышением концентр. степень дисс. уменьшается за счет рекомбинации. С повыш. t степень дисс. увеличится т.к. при этом усиливаются колеб. движения атомов в молекулах электролита, что способствует распаду этих молекул на ионы.

В отсутствии эл. поля ионы электролита вместе со своими сольватными оболочками движ. хаотически. При наличии поля их движение упорядочивается(катионы движутся по полю, анионы – против), таким образом в жидкости возникает эл. ток, обусловленный встречным движением разноименных ионов. Такого рода проводимость назыв. ионной.

Кроме указ. растворов ионной проводимостью обладают расплавы солей и окислов металлов, они также относятся к группе электролитов.

Закон Ома для электролитов. Подвижность ионов в электролите.

Сущ. в растворе электролита действ. пост. источник тока, он создает однородное эл. поле напряженностью E. Сущ. в ед. объема содержится n₊ “+”и n_- “—” ионов. Сущ. заряд “+” иона = q₊, а “—” = q_-.

При постоянном токе средние скорости движения ионов постоянны. Обозначим их соответственно υ₊ и υ_- для “+” и “—” ионов.

Направленное движение ионов, окр. сольватными оболочками можно уподобить движению шарика радиусом r в вязкой среде. При перпенд. “+” иона возникает сила трения, которая согласно закону Стокса равна

F⁺_тр = 6*π*η*r*υ_т. η – коэфф. вязкости жидкости, r – радиус иона с сольватной оболочкой. С другой стороны на “+” ион действует эл. сила

F⁺_эл = q₊*E.

При установ. движении F⁺_тр = F⁺_эл

q₊*E = 6*π*η*r*υ_т , υ₊ = q₊*E/6*π*η*r (*)

аналогично для “—” иона

υ_- = q_-*E/6*π*η*r

Обознач. величины, стоящие перед E b₊ и b_-.

b₊ = q₊/6*π*η*r

(**)­ подвижности ионов.

b_- = q_-/6*π*η*r

Из (*) q₊ = υ₊ при условии E = 1.

Таким образом, подвижность ионов равна скорости упорядоч. движения под действием эл. поля единичной напряженности.

Из (**) →, что подвижность ионов возрастает с повышением t за счет уменьшения вязкости жидкости.

Плотность тока, созданного движением “+” ионов, равна

j₊ = n₊*q₊*υ₊

Для “—” ионов j_- = n_-*q_-*υ_-

n – концентрация ионов.

q – заряд иона.

υ – скорость упорядоченного движения.

Полная плотность тока равна

j = j₊ + j_- = n₊*q₊*υ₊ + n_-*q_-*υ_-

Для бинарных электролитов, т.е. для электролитов в результате диссоциации.

n_- = n₊ или n_- = n₊ = α * n₀

n₀ – концентрация молекул растворенного вещества.

Используя опр. подвижности ионов электролита можно записать

υ₊ = b₊*E

υ_- = b_-*E для “—” ионов.

Полная плотность тока в электролите

j = α*n₀*q*b₊*E + α*n₀*q*b_-*E = α*n₀*q*(b₊+b_-)*E

закон Ома в дифф. форме j = γ*E.

j = α*n₀*q*(b₊+b_-) , уд. сопротивление равно ρ = 1/γ = 1/α*n₀*q*(b₊+b_-)

Т.к. с повышением t подвижность и концентрация ионов возр., то с повышением t сопротивление электролитов уменьшается в отличие от сопротивления металлов.

Законы Фарадея. Определение заряда иона.

В металлах при прохождении эл. тока никаких хим. изменений не происходит, поэтому они относятся к проводникам I рода, электролиты, обладающие полной проводимостью относятся к проводникам II рода, в этих проводниках при прохождении через них эл. тока происходит размножение, точнее исчезновение молекул растворенного вещества из раствора. Поскольку “+” ионы перемещ. к “—” заряж. электроду, одновременно с размножением происходит выделение вещества на электродах. Этот процесс назыв. электролизом.

Опр. Выделение на электродах продуктов разложения раствора электролита при прохождении через этот раствор тока называется электролизом.

Явление электролиза описывается законами Фарадея.

I закон Фарадея для электролиза.

Масса вещества выделяющегося на электроде ~ количеству электричества, протекшего через раствор. m = K*q, K – коэффициент, назыв. электрохимическим эквивалентом вещества. Если через электролит за время τ проходит постоянный ток силой I, то m = K*I*τ (1).

II закон Фарадея.

Электрохим. эквивалент вещества прямо ~ его хим. эквиваленту.

K = C*A/Z или K = A/F*Z (2)

отношен. A – молярной массы вещества к его валентности Z назыв. хим. эквивалентом A/Z.

C – универсальная постоянная для всех хим. эл – тов.

Объединим I и II законы Фарадея.

m = A*I*τ/F*Z (3) – объединенный закон Фараде для электролиза. F – число Фарадея.

Из (3) → F = I*τ = q при условии A/Z = m, т.е. число Фарадея = по величине количеству электричества при прохождении которого через раствор на электроде выделится 1 моль одновалентного вещества. F = 96500 Кл/моль.

l = F/N_A q = Z*l q = F*Z/N_A