-->
|
|
|
Ãëàâà 3. Ýëåêòðè÷åñêèé òîê â ðàçëè÷íûõ ñðåäàõ § 3.4. Ýëåêòðè÷åñêèé òîê â ðàñòâîðàõ è ðàñïëàâàõ ýëåêòðîëèòîâ (îêîí÷àíèå)Èîííàÿ ïðîâîäèìîñòü ðàñòâîðîâ è ðàñïëàâîâ ýëåêòðîëèòîâÏðè îòñóòñòâèè âíåøíåãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ èîíû âìåñòå ñ íåðàñïàâøèìèñÿ ìîëåêóëàìè íàõîäÿòñÿ â õàîòè÷åñêîì òåïëîâîì äâèæåíèè.
Åñëè ñîñóä ñ ðàñòâîðîì ýëåêòðîëèòà âêëþ÷èòü â ýëåêòðè÷åñêóþ öåïü, òî ìåæäó ýëåêòðîäàìè îáðàçóåòñÿ ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå è èîíû â ðàñòâîðå ïðèäóò â óïîðÿäî÷åííîå äâèæåíèå (ðèñ. 3.6). Ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûå èîíû ñòàíóò äâèãàòüñÿ ïî íàïðàâëåíèþ íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ, ò. å. ê êàòîäó (ýëåêòðîäó, ñîåäèíåííîìó ñ îòðèöàòåëüíûì ïîëþñîì èñòî÷íèêà òîêà), à îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííûå èîíû — â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè, ò. e. ê àíîäó (ýëåêòðîäó, ñîåäèíåííîìó ñ ïîëîæèòåëüíûì ïîëþñîì èñòî÷íèêà òîêà). Îòðèöàòåëüíûå èîíû, ïðèøåäøèå ê àíîäó è íàçûâàåìûå ïîýòîìó àíèîíàìè, îòäàþò ñâîè ëèøíèå ýëåêòðîíû àíîäó, à ïîñðåäñòâîì åãî è ñîåäèíèòåëüíûõ ïðîâîäíèêîâ — ïîëîæèòåëüíîìó ïîëþñó èñòî÷íèêà, âîçìåùàÿ íà íåì íåäîñòàòîê ýëåêòðîíîâ. Ïîëîæèòåëüíûå èîíû, ïðèøåäøèå ê êàòîäó è ïîòîìó íàçûâàåìûå êàòèîíàìè, ïîëó÷àþò íåäîñòàþùèå èì ýëåêòðîíû èç èçáûòêà èõ íà êàòîäå. Òàê óñòàíàâëèâàåòñÿ âî âíåøíåé öåïè ïåðåìåùåíèå ýëåêòðîíîâ îò îòðèöàòåëüíîãî ïîëþñà èñòî÷íèêà òîêà ê ïîëîæèòåëüíîìó. Ïðè ýòîì ÷åðåç ðàñòâîð ýëåêòðîëèòà çàðÿä ïåðåíîñèòñÿ âìåñòå ñ ÷àñòèöàìè âåùåñòâà — èîíàìè. Òàêóþ ïðîâîäèìîñòü íàçûâàþò èîííîé.  ðàñïëàâàõ ýëåêòðîëèòîâ ïðîâîäèìîñòü òàêæå èîííàÿ, òàê êàê ïðè ïëàâëåíèè òâåðäûõ ýëåêòðîëèòîâ èõ ìîëåêóëû ðàñïàäàþòñÿ íà ïîëîæèòåëüíûå è îòðèöàòåëüíûå èîíû. Æèäêèå æå ìåòàëëû îáëàäàþò ýëåêòðîííîé ïðîâîäèìîñòüþ. ÝëåêòðîëèçÏðè ïðîõîæäåíèè ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà ÷åðåç ò ðàñòâîð ýëåêòðîëèòà àíèîíû îòäàþò ñâîè ëèøíèå ýëåêòðîíû íà àíîäå (â õèìèè ýòî íàçûâàåòñÿ îêèñëèòåëüíîé ðåàêöèåé), à êàòèîíû íà êàòîäå ïîëó÷àþò íåäîñòàþùèå ýëåêòðîíû (âîññòàíîâèòåëüíàÿ ðåàêöèÿ). Òàêèì îáðàçîì, íà ýëåêòðîäàõ ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç ðàñòâîð ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà ïðîèñõîäèò âûäåëåíèå âåùåñòâ, âõîäÿùèõ â ñîñòàâ ýëåêòðîëèòîâ. Ïðîöåññ âûäåëåíèÿ íà ýëåêòðîäàõ âåùåñòâà, ñâÿçàííûé ñ îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûìè ðåàêöèÿìè, íàçûâàþò ýëåêòðîëèçîì.  ðÿäå ñëó÷àåâ íåéòðàëèçóåìûå íà ýëåêòðîäàõ èîíû âñòóïàþò â õèìè÷åñêèå ðåàêöèè ñ ðàñòâîðèòåëåì, ðàñòâîðåííûìè âåùåñòâàìè èëè ñ âåùåñòâîì ýëåêòðîäîâ. Ýòè ðåàêöèè íàçûâàþò âòîðè÷íûìè. Òàê, íàïðèìåð, ïðè ýëåêòðîëèçå ðàñòâîðà ìåäíîãî êóïîðîñà (CuSO4) íà êàòîäå âûäåëÿåòñÿ ìåäü, à íà àíîäå — êèñëîòíûé îñòàòîê SO4, êîòîðûé âñòóïàåò â ðåàêöèþ ñ âåùåñòâîì àíîäà — ìåäüþ: Ñè + SO4 = CuSO4. Áëàãîäàðÿ ýòîé ðåàêöèè êîíöåíòðàöèÿ ðàñòâîðà ìåäíîãî êóïîðîñà îñòàåòñÿ íåèçìåííîé. Ïðîèñõîäèò ëèøü ïåðåíîñ ìåäè ñ àíîäà íà êàòîä, ïîêà àíîä ïîëíîñòüþ íå èçðàñõîäóåòñÿ.  ñëó÷àå ïëàòèíîâîãî àíîäà ïðè ýëåêòðîëèçå ðàñòâîðà ìåäíîãî êóïîðîñà ïðîèñõîäèò ðåàêöèÿ ñ ðàñòâîðèòåëåì: 2SO4 + 2Í2O — 2H2SO4 + O2. Ìîëåêóëû ñåðíîé êèñëîòû ïîïàäàþò â ðàñòâîð, à ìîëåêóëÿðíûé êèñëîðîä âûäåëÿåòñÿ â âèäå ïóçûðüêîâ. Çàêîí ÎìàÄëÿ ðàñòâîðîâ ýëåêòðîëèòîâ ñïðàâåäëèâ çàêîí Îìà. Ýòî óòâåðæäåíèå ìîæíî îáîñíîâàòü ïîäîáíî òîìó, êàê ýòî áûëî ñäåëàíî â ïðåäûäóùåì ïàðàãðàôå äëÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ïðîâîäíèêîâ.
Ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå ãðàôèêîì, âûðàæàþùèì çàâèñèìîñòü ñèëû òîêà îò íàïðÿæåíèÿ (âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòåðèñòèêà) äëÿ ðàñòâîðîâ ýëåêòðîëèòîâ, ÿâëÿåòñÿ, êàê è äëÿ ìåòàëëè÷åñêîãî ïðîâîäíèêà, ïðÿìàÿ ëèíèÿ. Îäíàêî ýòà ïðÿìàÿ íå ïðîõîäèò ÷åðåç íà÷àëî êîîðäèíàò, à «ñäâèíóòà» âïðàâî (ðèñ. 3.7). Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ïðè ýëåêòðîëèçå ïðîèñõîäèò ïîëÿðèçàöèÿ ýëåêòðîäîâ, ïîãðóæåííûõ â ðàñòâîð ýëåêòðîëèòà (ñì. § 2.12), ïðè÷åì ÝÄÑ ïîëÿðèçàöèè
|
|
|