Jeder kennt die Definition von elektrischem Strom. Es wird als gerichtete Bewegung geladener Teilchen dargestellt. Eine solche Bewegung in verschiedenen Umgebungen weist grundlegende Unterschiede auf. Als grundlegendes Beispiel für dieses Phänomen kann man sich den Fluss und die Ausbreitung von elektrischem Strom in Flüssigkeiten vorstellen. Solche Phänomene zeichnen sich durch unterschiedliche Eigenschaften aus und unterscheiden sich erheblich von der geordneten Bewegung geladener Teilchen, die unter normalen Bedingungen und nicht unter dem Einfluss verschiedener Flüssigkeiten auftritt.

Bild 1. Elektrischer Strom in Flüssigkeiten. Author24 – Online-Austausch studentischer Arbeiten

Entstehung von elektrischem Strom in Flüssigkeiten

Obwohl der Prozess der Stromleitung durch Metallvorrichtungen (Leiter) erfolgt, hängt der Strom in Flüssigkeiten von der Bewegung geladener Ionen ab, die aus einem bestimmten Grund ähnliche Atome und Moleküle erworben oder verloren haben. Ein Indikator für eine solche Bewegung ist eine Änderung der Eigenschaften einer bestimmten Substanz, durch die Ionen hindurchgehen. Daher ist es notwendig, sich auf die grundlegende Definition des elektrischen Stroms zu verlassen, um ein spezifisches Konzept der Strombildung in verschiedenen Flüssigkeiten zu entwickeln. Es wurde festgestellt, dass die Zersetzung negativ geladener Ionen die Bewegung in den Bereich einer Stromquelle mit positiven Werten fördert. Positiv geladene Ionen bewegen sich bei solchen Prozessen in die entgegengesetzte Richtung – in Richtung der negativen Stromquelle.

Flüssigkeitsleiter werden in drei Haupttypen unterteilt:

• Halbleiter;
• Dielektrika;
• Dirigenten.

Definition 1

Elektrolytische Dissoziation – der Prozess der Zersetzung von Molekülen eine bestimmte Lösung in negativ und positiv geladene Ionen.

Es kann festgestellt werden, dass elektrischer Strom in Flüssigkeiten auftreten kann, wenn sich die Zusammensetzung und die chemischen Eigenschaften der verwendeten Flüssigkeiten ändern. Dies widerspricht völlig der Theorie der Ausbreitung des elektrischen Stroms auf andere Weise bei Verwendung eines herkömmlichen Metallleiters.

Faradays Experimente und Elektrolyse

Der elektrische Stromfluss in Flüssigkeiten ist ein Produkt der Bewegung geladener Ionen. Probleme im Zusammenhang mit dem Auftreten und der Ausbreitung von elektrischem Strom in Flüssigkeiten wurden zum Anlass für die Forschung des berühmten Wissenschaftlers Michael Faraday. Mit Hilfe zahlreicher praktische Forschung konnte Hinweise darauf finden, dass die bei der Elektrolyse freigesetzte Stoffmasse von der Zeit- und Strommenge abhängt. In diesem Fall kommt es auf die Zeit an, in der die Experimente durchgeführt wurden.

Der Wissenschaftler konnte auch herausfinden, dass bei der Elektrolyse bei der Freisetzung einer bestimmten Menge eines Stoffes die gleiche Menge benötigt wird elektrische Aufladungen. Diese Menge wurde genau ermittelt und aufgezeichnet konstanter Wert, die als Faraday-Zahl bezeichnet wird.

In Flüssigkeiten hat elektrischer Strom unterschiedliche Ausbreitungsbedingungen. Es interagiert mit Wassermolekülen. Sie behindern die gesamte Ionenbewegung erheblich, was in Experimenten mit einem herkömmlichen Metallleiter nicht beobachtet wurde. Daraus folgt, dass die Stromerzeugung bei elektrolytische Reaktionen wird nicht so groß sein. Wenn jedoch die Temperatur der Lösung steigt, nimmt die Leitfähigkeit allmählich zu. Das bedeutet, dass die Spannung des elektrischen Stroms zunimmt. Außerdem wurde während des Elektrolyseprozesses festgestellt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Molekül in negative oder positive Ionenladungen zerfällt, zunimmt große Zahl Moleküle des verwendeten Stoffes oder Lösungsmittels. Wenn die Lösung mit Ionen über einer bestimmten Norm gesättigt ist, findet der umgekehrte Prozess statt. Die Leitfähigkeit der Lösung beginnt wieder zu sinken.

Derzeit hat das Elektrolyseverfahren seine Anwendung in vielen Bereichen und Bereichen der Wissenschaft und Produktion gefunden. Industrieunternehmen es wird bei der Herstellung oder Verarbeitung von Metall verwendet. Elektrochemische Reaktionen sind beteiligt an:

• Elektrolyse von Salzen;
• Galvanisieren;
• Polieren von Oberflächen;
• andere Redoxprozesse.

Elektrischer Strom im Vakuum und in Flüssigkeiten

Die Ausbreitung elektrischen Stroms in Flüssigkeiten und anderen Medien ist ein recht komplexer Prozess mit eigenen Merkmalen, Merkmalen und Eigenschaften. Tatsache ist, dass in solchen Medien in Körpern überhaupt keine Ladungen vorhanden sind, weshalb sie üblicherweise als Dielektrika bezeichnet werden. Das Hauptziel der Forschung bestand darin, Bedingungen zu schaffen, unter denen sich Atome und Moleküle bewegen und der Prozess der Erzeugung elektrischen Stroms beginnen konnte. Hierzu ist es üblich, spezielle Mechanismen oder Geräte zu verwenden. Das Hauptelement solcher modularen Geräte sind Leiter in Form von Metallplatten.

Zur Bestimmung der wichtigsten Stromparameter ist die Verwendung bekannter Theorien und Formeln erforderlich. Am gebräuchlichsten ist das Ohmsche Gesetz. Es handelt sich um eine universelle Amperekennlinie, bei der das Prinzip der Abhängigkeit des Stroms von der Spannung umgesetzt wird. Denken Sie daran, dass die Spannung in der Einheit Ampere gemessen wird.

Um Experimente mit Wasser und Salz durchzuführen, ist es notwendig, ein Gefäß mit Salzwasser vorzubereiten. Dadurch wird ein praktisches und visuelles Verständnis der Prozesse vermittelt, die bei der Bildung von elektrischem Strom in Flüssigkeiten ablaufen. Die Installation muss außerdem rechteckige Elektroden und Netzteile enthalten. Für eine umfassende Vorbereitung auf Experimente benötigen Sie eine Ampere-Installation. Es hilft dabei, Energie von der Stromversorgung zu den Elektroden zu leiten.

Als Leiter dienen Metallplatten. Sie werden in die verwendete Flüssigkeit getaucht und anschließend an die Spannung angeschlossen. Die Bewegung der Teilchen beginnt sofort. Es geschieht auf chaotische Weise. Wann immer Magnetfeld Zwischen den Leitern sind alle Prozesse der Teilchenbewegung geordnet.

Die Ionen beginnen ihre Ladung zu ändern und sich zu verbinden. Somit werden Kathoden zu Anoden und Anoden zu Kathoden. Darüber hinaus sind in diesem Prozess noch einige weitere wichtige Faktoren zu berücksichtigen:

• Grad der Dissoziation;
• Temperatur;
• elektrischer Wiederstand;
• Verwendung von Wechsel- oder Gleichstrom.

Am Ende des Versuchs bildet sich auf den Platten eine Salzschicht.

Der Ursprung des elektrischen Stroms (die Bewegung elektrischer Ladungen) durch eine Lösung unterscheidet sich erheblich von der Bewegung elektrischer Ladungen entlang eines Metallleiters.

Der Unterschied besteht zunächst darin, dass es sich bei den Ladungsträgern in Lösungen nicht um Elektronen, sondern um Ionen handelt, d.h. die Atome oder Moleküle selbst, die ein oder mehrere Elektronen verloren oder gewonnen haben.

Natürlich geht diese Bewegung auf die eine oder andere Weise mit einer Veränderung der Eigenschaften des Stoffes selbst einher.

Stellen Sie sich einen Stromkreis vor, dessen Element ein Gefäß mit einer Lösung ist Tisch salz und mit darin von der Platte eingesetzten Elektroden beliebiger Form. Bei Anschluss an eine Stromquelle entsteht im Stromkreis ein Strom, der die Bewegung schwerer geladener Teilchen – Ionen – in der Lösung darstellt. Das Auftreten von Ionen bedeutet bereits die Möglichkeit einer chemischen Zersetzung der Lösung in zwei Hauptelemente – Na und Cl. Natrium, das ein Elektron verloren hat, ist ein positiv geladenes Ion, das sich in Richtung der Elektrode bewegt, die mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden ist. Stromkreis. Chlor, das das Elektron „usurpiert“ hat, ist ein negatives Ion.

Negative Chlorionen wandern zur Elektrode, die mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden ist. Ketten.

Die Bildung positiver und negativer Ionen erfolgt durch den spontanen Zerfall eines Kochsalzmoleküls in einer wässrigen Lösung (elektrolytische Dissoziation). Die Bewegung der Ionen wird durch Spannung verursacht, die an in die Lösung eingetauchte Elektroden angelegt wird. An den Elektroden angekommen, nehmen die Ionen Elektronen auf oder geben sie ab und bilden so Cl- bzw. Na-Moleküle. Ähnliche Phänomene werden in Lösungen vieler anderer Substanzen beobachtet. Die Moleküle dieser Stoffe bestehen wie die Moleküle des Speisesalzes aus entgegengesetzt geladenen Ionen, in die sie in Lösungen zerfallen. Die Anzahl der zerfallenen Moleküle, genauer gesagt die Anzahl der Ionen, charakterisiert den elektrischen Widerstand der Lösung.

Wir betonen noch einmal, dass der Ursprung eines elektrischen Stroms entlang eines Stromkreises, dessen Element eine Lösung ist, die Bewegung der Substanz dieses Elements des Stromkreises und damit eine Änderung seiner chemischen Eigenschaften verursacht, während Wenn ein elektrischer Strom durch einen Metallleiter fließt, kommt es zu keinen Veränderungen im Leiter.

Was bestimmt die Stoffmenge, die bei der Elektrolyse an den Elektroden freigesetzt wird? Faraday beantwortete diese Frage zum ersten Mal. Faraday zeigte experimentell, dass die Masse der freigesetzten Substanz mit der Stärke des Stroms und der Zeit, in der er fließt, durch das Verhältnis (Faradaysches Gesetz) zusammenhängt:

Die bei der Elektrolyse eines Stoffes freigesetzte Stoffmasse ist direkt proportional zur durch den Elektrolyten fließenden Strommenge und hängt nicht von anderen Gründen als der Art des Stoffes ab.

Dieses Muster kann überprüft werden durch folgende Experimente. Gießen wir den gleichen Elektrolyten in mehrere Bäder, jedoch mit unterschiedlichen Konzentrationen. Lassen Sie uns Elektroden verschiedener Bereiche in die Bäder eintauchen und in unterschiedlichen Abständen in den Bädern platzieren. Lassen Sie uns alle Bäder in Reihe schalten und Strom durch sie leiten. Dann fließt natürlich die gleiche Strommenge durch jedes der Bäder. Nachdem wir die Kathoden vor und nach dem Experiment gewogen haben, werden wir feststellen, dass an allen Kathoden die gleiche Menge Substanz freigesetzt wurde. Indem Sie alle Bäder parallel schalten und Strom durch sie leiten, können Sie überprüfen, ob die an den Kathoden freigesetzte Substanzmenge direkt proportional zur durch jedes Bad fließenden Elektrizitätsmenge ist. Schließlich lässt sich durch die Reihenschaltung von Bädern mit unterschiedlichen Elektrolyten leicht feststellen, dass die Menge des freigesetzten Stoffes von der Art dieses Stoffes abhängt.

Die Größe, die die Abhängigkeit der Menge eines bei der Elektrolyse freigesetzten Stoffes von seiner Art charakterisiert, wird als elektrochemisches Äquivalent bezeichnet und mit dem Buchstaben k bezeichnet.

Die Masse des bei der Elektrolyse freigesetzten Stoffes ist die Gesamtmasse aller an der Elektrode entladenen Ionen. Durch die Elektrolyse verschiedener Salze lässt sich experimentell ermitteln, wie viel Strom durch den Elektrolyten fließen muss, um ein Kilogramm – das Äquivalent einer bestimmten Substanz – freizusetzen. Faraday war der erste, der solche Experimente durchführte. Er fand heraus, dass zur Freisetzung eines Kilogramms – dem Äquivalent eines beliebigen Stoffes bei der Elektrolyse – die gleiche Strommenge erforderlich ist, nämlich 9,65 · 107 k.

Die Strommenge, die erforderlich ist, um bei der Elektrolyse ein Kilogrammäquivalent eines Stoffes freizusetzen, wird als Faraday-Zahl bezeichnet und mit dem Buchstaben F bezeichnet:

F = 9,65·107 k.

In einem Elektrolyten ist das Ion von Lösungsmittelmolekülen (Wassermolekülen) umgeben, die eine wichtige Rolle spielen Dipolmomente. Bei der Wechselwirkung mit einem Ion wenden sich Dipolmoleküle mit ihren Enden, die eine Ladung haben, deren Vorzeichen der Ladung des Ions entgegengesetzt ist, diesem zu, sodass die geordnete Bewegung des Ions in einem elektrischen Feld und die Beweglichkeit der Ionen erschwert werden ist der Beweglichkeit der Leitungselektronen im Metall deutlich unterlegen. Da die Ionenkonzentration im Vergleich zur Elektronenkonzentration im Metall normalerweise nicht groß ist elektrische Leitfähigkeit Elektrolyte haben immer eine deutlich geringere elektrische Leitfähigkeit als Metalle.

Aufgrund der starken Erwärmung durch Strom sind in Elektrolyten nur unbedeutende Stromdichten erreichbar, d.h. kleinere Spannungen elektrisches Feld. Mit zunehmender Temperatur des Elektrolyten verschlechtert sich die geordnete Ausrichtung der Lösungsmitteldipole unter dem Einfluss einer erhöhten zufälligen Bewegung der Moleküle, sodass die Dipolhülle teilweise zerstört wird, die Beweglichkeit der Ionen und die Leitfähigkeit der Lösung zunimmt. Die Abhängigkeit der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit von der Konzentration bei konstanter Temperatur ist komplex. Wenn eine Auflösung in beliebigen Mengenverhältnissen möglich ist, dann hat die elektrische Leitfähigkeit bei einer bestimmten Konzentration ein Maximum. Der Grund dafür ist folgender: Die Wahrscheinlichkeit, dass Moleküle in Ionen zerfallen, ist proportional zur Anzahl der Lösungsmittelmoleküle und zur Anzahl der Moleküle lösliche Substanz pro Volumeneinheit. Aber auch der umgekehrte Vorgang ist möglich: (Rekombination von Ionen zu Molekülen), dessen Wahrscheinlichkeit proportional zum Quadrat der Anzahl der Ionenpaare ist. Schließlich ist die elektrische Leitfähigkeit proportional zur Anzahl der Ionenpaare pro Volumeneinheit. Daher ist die Dissoziation bei niedrigen Konzentrationen vollständig, die Gesamtzahl der Ionen ist jedoch gering. Bei sehr hohen Konzentrationen ist die Dissoziation schwach und die Anzahl der Ionen ist ebenfalls gering. Wenn die Löslichkeit eines Stoffes begrenzt ist, wird in der Regel keine maximale elektrische Leitfähigkeit beobachtet. Im gefrorenen Zustand steigt die Viskosität einer wässrigen Lösung stark an, die Beweglichkeit der Ionen nimmt stark ab und die elektrische Leitfähigkeit sinkt um das Tausendfache. Beim Erstarren flüssiger Metalle bleiben die Elektronenbeweglichkeit und die elektrische Leitfähigkeit nahezu unverändert.

Die Elektrolyse wird in verschiedenen Bereichen weit verbreitet eingesetzt Elektrochemische Produktion. Die wichtigsten davon sind: die elektrolytische Herstellung von Metallen aus wässrigen Lösungen ihrer Salze und aus ihren Salzschmelzen; Elektrolyse von Chloridsalzen; elektrolytische Oxidation und Reduktion; Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse; Galvanostegie; Elektrotyp; Elektropolieren. Durch die Raffinationsmethode entsteht reines Metall, frei von Verunreinigungen. Unter Galvanisieren versteht man das Beschichten von Metallgegenständen mit einer weiteren Metallschicht. Unter Galvanisieren versteht man die Herstellung von Metallkopien aus Reliefbildern beliebiger Oberflächen. Elektropolieren – Glätten von Metalloberflächen.

Fast jeder kennt die Definition von elektrischem Strom. Der springende Punkt ist jedoch, dass sein Ursprung und seine Bewegung in verschiedenen Umgebungen sehr unterschiedlich sind. Insbesondere elektrischer Strom in Flüssigkeiten hat etwas andere Eigenschaften als Es geht um ungefähr die gleichen Metallleiter.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass Strom in Flüssigkeiten die Bewegung geladener Ionen ist, also Atome oder sogar Moleküle, die aus irgendeinem Grund Elektronen verloren oder gewonnen haben. Darüber hinaus ist einer der Indikatoren dieser Bewegung eine Änderung der Eigenschaften der Substanz, die diese Ionen passieren. Basierend auf der Definition des elektrischen Stroms können wir davon ausgehen, dass sich negativ geladene Ionen bei der Zersetzung in Richtung positiver und positiver Ionen im Gegenteil in Richtung negativer bewegen.

Der Prozess der Zersetzung von Lösungsmolekülen in positiv und negativ geladene Ionen wird in der Wissenschaft als Prozess bezeichnet elektrolytische Dissoziation. So entsteht elektrischer Strom in Flüssigkeiten dadurch, dass im Gegensatz zum gleichen Metallleiter die Zusammensetzung und Chemische Eigenschaften diese Flüssigkeiten, was zur Bewegung geladener Ionen führt.

Elektrischer Strom in Flüssigkeiten, sein Ursprung, seine quantitativen und qualitativen Eigenschaften waren eines der Hauptprobleme, mit denen sich der berühmte Physiker M. Faraday lange Zeit beschäftigte. Insbesondere konnte er mit Hilfe zahlreicher Experimente nachweisen, dass die Masse des bei der Elektrolyse freigesetzten Stoffes direkt von der Strommenge und der Zeit abhängt, in der diese Elektrolyse durchgeführt wurde. Diese Masse hängt außer der Art des Stoffes von keinen anderen Gründen ab.

Darüber hinaus hat Faraday durch die Untersuchung des Stroms in Flüssigkeiten experimentell herausgefunden, dass zur Freisetzung eines Kilogramms einer beliebigen Substanz während der Elektrolyse die gleiche Menge erforderlich ist, die 9,65 · 10 7 k entspricht und als Faraday-Zahl bezeichnet wird.

Im Gegensatz zu Metallleitern ist der elektrische Strom in Flüssigkeiten umgeben, was die Bewegung von Ionen des Stoffes erheblich behindert. In diesem Zusammenhang kann in jedem Elektrolyten nur ein kleiner Spannungsstrom erzeugt werden. Wenn gleichzeitig die Temperatur der Lösung steigt, nimmt ihre Leitfähigkeit zu und das Feld nimmt zu.

Elektrolyse hat eine weitere interessante Eigenschaft. Die Sache ist, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Molekül in positiv und negativ geladene Ionen zerfällt, umso höher ist, je höher die größere Zahl Moleküle der Substanz selbst und des Lösungsmittels. Gleichzeitig wird die Lösung zu einem bestimmten Zeitpunkt mit Ionen übersättigt, woraufhin die Leitfähigkeit der Lösung abzunehmen beginnt. Daher tritt der stärkste Strom in einer Lösung auf, in der die Ionenkonzentration extrem niedrig ist, die elektrische Stromstärke in solchen Lösungen jedoch äußerst niedrig ist.

Elektrolyseprozess gefunden Breite Anwendung in verschiedenen industriellen Prozessen im Zusammenhang mit elektrochemischen Reaktionen. Zu den wichtigsten davon zählen die Herstellung von Metall mithilfe von Elektrolyten, die Elektrolyse von chlorhaltigen Salzen und seinen Derivaten, Redoxreaktionen, die Herstellung eines so notwendigen Stoffes wie Wasserstoff, Oberflächenpolieren und Galvanisieren. Beispielsweise ist in vielen Maschinen- und Instrumentenbaubetrieben die Veredelungsmethode weit verbreitet, bei der Metall ohne unnötige Verunreinigungen hergestellt wird.

In Bezug auf ihre elektrische Eigenschaften Flüssigkeiten sind sehr vielfältig. Geschmolzene Metalle weisen wie Metalle im festen Zustand eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, die mit einer hohen Konzentration an freien Elektronen einhergeht.

Viele Flüssigkeiten wie reines Wasser, Alkohol, Kerosin sind gute Dielektrika, da ihre Moleküle elektrisch neutral sind und keine freien Ladungsträger vorhanden sind.

Elektrolyte. Eine besondere Klasse von Flüssigkeiten sind sogenannte Elektrolyte, zu denen auch wässrige Lösungen zählen anorganische Säuren, Salze und Basen, Schmelzen von Ionenkristallen usw. Elektrolyte zeichnen sich durch das Vorhandensein hoher Ionenkonzentrationen aus, die den Durchgang von elektrischem Strom ermöglichen. Diese Ionen entstehen beim Schmelzen und Auflösen, wenn die Moleküle des gelösten Stoffes unter dem Einfluss der elektrischen Felder der Lösungsmittelmoleküle in getrennte positiv und negativ geladene Ionen zerfallen. Dieser Vorgang wird elektrolytische Dissoziation genannt.

Elektrolytische Dissoziation. Der Dissoziationsgrad a einer bestimmten Substanz, d. h. der Anteil der gelösten Moleküle, die in Ionen zerfallen sind, hängt von der Temperatur, der Lösungskonzentration und der Dielektrizitätskonstante des Lösungsmittels ab. Mit zunehmender Temperatur nimmt der Dissoziationsgrad zu. Ionen mit entgegengesetztem Vorzeichen können rekombinieren und sich erneut zu neutralen Molekülen verbinden. Unter konstanten äußeren Bedingungen stellt sich in der Lösung ein dynamisches Gleichgewicht ein, in dem sich die Prozesse der Rekombination und Dissoziation gegenseitig kompensieren.

Qualitativ lässt sich die Abhängigkeit des Dissoziationsgrades a von der Konzentration des gelösten Stoffes mit folgenden einfachen Argumenten feststellen. Wenn eine Volumeneinheit Moleküle einer gelösten Substanz enthält, sind einige davon dissoziiert und der Rest nicht dissoziiert. Die Anzahl der elementaren Dissoziationsvorgänge pro Lösungsvolumeneinheit ist proportional zur Anzahl der ungespaltenen Moleküle und entspricht daher A einem Koeffizienten, der von der Art des Elektrolyten und der Temperatur abhängt. Die Anzahl der Rekombinationsereignisse ist proportional zur Anzahl der Kollisionen ungleicher Ionen, d. h. proportional zur Anzahl sowohl dieser als auch anderer Ionen. Daher ist es gleich, wobei B ein Koeffizient ist, der für eine bestimmte Substanz bei einer bestimmten Temperatur konstant ist.

Im Zustand dynamischen Gleichgewichts

Das Verhältnis hängt nicht von der Konzentration ab. Es ist ersichtlich, dass es umso näher an der Einheit liegt, je niedriger die Konzentration der Lösung ist: In sehr verdünnten Lösungen sind fast alle Moleküle des gelösten Stoffes dissoziiert.

Je höher die Dielektrizitätskonstante des Lösungsmittels, desto stärker geschwächt ionische Bindungen in den Molekülen des gelösten Stoffes und desto größer ist daher der Grad der Dissoziation. Also, Salzsäure In Wasser gelöst ergibt es einen Elektrolyten mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, während seine Lösung in Ethylether den Strom nur sehr schlecht leitet.

Ungewöhnliche Elektrolyte. Es gibt auch sehr ungewöhnliche Elektrolyte. Der Elektrolyt ist beispielsweise Glas, eine stark unterkühlte Flüssigkeit mit enormer Viskosität. Beim Erhitzen wird Glas weich und seine Viskosität nimmt stark ab. Die im Glas vorhandenen Natriumionen werden merklich beweglich und der Durchgang von elektrischem Strom wird möglich, obwohl Glas bei normalen Temperaturen ein guter Isolator ist.

Reis. 106. Demonstration der elektrischen Leitfähigkeit von Glas beim Erhitzen

Ein klarer Beweis dafür ist im Experiment zu sehen, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 106. Ein Glasstab ist über einen Rheostat mit einem Beleuchtungsnetz verbunden. Während der Stab kalt ist, ist der Strom im Stromkreis aufgrund des hohen Widerstands des Glases vernachlässigbar. Wird der Stab mit einem Gasbrenner auf eine Temperatur von 300-400 °C erhitzt, sinkt sein Widerstand auf mehrere zehn Ohm und der Glühfaden der Glühbirne L wird heiß. Jetzt können Sie die Glühbirne mit der Taste K kurzschließen. In diesem Fall verringert sich der Widerstand des Stromkreises und der Strom steigt. Unter solchen Bedingungen wird der Stab effektiv durch elektrischen Strom erhitzt und glüht, bis er hell leuchtet, auch wenn der Brenner entfernt wird.

Ionenleitfähigkeit. Der Stromfluss in einem Elektrolyten wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben

Elektrischer Strom im Elektrolyten entsteht bei einer beliebig niedrigen angelegten Spannung.

Die Ladungsträger im Elektrolyten sind positiv und negativ geladene Ionen. Der Mechanismus der elektrischen Leitfähigkeit von Elektrolyten ähnelt in vielerlei Hinsicht dem oben beschriebenen Mechanismus der elektrischen Leitfähigkeit von Gasen. Die Hauptunterschiede sind darauf zurückzuführen, dass in Gasen der Widerstand gegen die Bewegung von Ladungsträgern hauptsächlich auf deren Kollisionen mit neutralen Atomen beruht. In Elektrolyten beruht die Beweglichkeit von Ionen auf der inneren Reibung – der Viskosität – während sie sich im Lösungsmittel bewegen.

Mit zunehmender Temperatur steigt die Leitfähigkeit von Elektrolyten im Gegensatz zu Metallen. Dies liegt daran, dass mit steigender Temperatur der Dissoziationsgrad zunimmt und die Viskosität abnimmt.

Im Gegensatz zur elektronischen Leitfähigkeit, die für Metalle und Halbleiter charakteristisch ist und bei der der Durchgang von elektrischem Strom keine Änderung mit sich bringt chemische Zusammensetzung Bei Stoffen ist die Ionenleitfähigkeit mit der Stoffübertragung verbunden

und die Freisetzung von Substanzen, die in den Elektrolyten enthalten sind, an den Elektroden. Dieser Vorgang wird Elektrolyse genannt.

Elektrolyse. Bei der Freisetzung eines Stoffes an der Elektrode nimmt die Konzentration der entsprechenden Ionen im an die Elektrode angrenzenden Elektrolytbereich ab. Somit ist hier das dynamische Gleichgewicht zwischen Dissoziation und Rekombination gestört: Hier findet die Zersetzung des Stoffes durch Elektrolyse statt.

Elektrolyse wurde erstmals bei der Zersetzung von Wasser durch Strom beobachtet Voltaische Säule. Einige Jahre später entdeckte der berühmte Chemiker G. Davy Natrium, indem er es durch Elektrolyse aus Natronlauge isolierte. Die quantitativen Gesetze der Elektrolyse wurden von M. Faraday experimentell festgestellt. Sie können anhand des Mechanismus des Elektrolysephänomens leicht begründet werden.

Faradaysche Gesetze. Jedes Ion hat eine elektrische Ladung, die ein Vielfaches der Elementarladung e beträgt. Mit anderen Worten, die Ladung des Ions ist gleich, wobei eine ganze Zahl gleich der Wertigkeit des entsprechenden chemischen Elements oder der entsprechenden Verbindung ist. Angenommen, wenn ein Strom durch die Elektrode fließt, werden Ionen freigesetzt. Ihre Anklage ist Absolutwert Gleiche positive Ionen erreichen die Kathode und ihre Ladung wird durch Elektronen neutralisiert, die durch die Drähte von der Stromquelle zur Kathode fließen. Negative Ionen nähern sich der Anode und die gleiche Anzahl Elektronen gelangt durch die Drähte zur Stromquelle. In diesem Fall fließt eine Ladung durch einen geschlossenen Stromkreis

Bezeichnen wir mit der Masse der an einer der Elektroden freigesetzten Substanz und mit der Masse des Ions (Atom oder Molekül). Es ist offensichtlich, dass wir daher durch Multiplizieren des Zählers und Nenners dieses Bruchs mit der Avogadro-Konstante erhalten

wo ist atomar oder Molmasse, Faradaysche Konstante, gegeben durch

Aus (4) geht hervor, dass die Faradaysche Konstante die Bedeutung „ein Mol Elektrizität“ hat, d. h. sie ist die gesamte elektrische Ladung eines Mols an Elementarladungen:

Formel (3) enthält beide Faradayschen Gesetze. Es besagt, dass die Masse der bei der Elektrolyse freigesetzten Substanz proportional zur durch den Kreislauf fließenden Ladung ist (erstes Gesetz von Faraday):

Der Koeffizient wird als elektrochemisches Äquivalent einer bestimmten Substanz bezeichnet und in ausgedrückt

Kilogramm pro Coulomb Es hat die Bedeutung des Kehrwerts der spezifischen Ladung des Ions.

Das elektrochemische Äquivalent von k ist proportional zum chemischen Äquivalent der Substanz (zweites Gesetz von Faraday).

Faradaysche Gesetze und Elementarladung. Da das Konzept der atomaren Natur der Elektrizität zu Faradays Zeiten noch nicht existierte, war die experimentelle Entdeckung der Gesetze der Elektrolyse alles andere als trivial. Im Gegenteil, es waren die Gesetze von Faraday, die im Wesentlichen als erster experimenteller Beweis für die Gültigkeit dieser Ideen dienten.

Experimentelle Messung Faradaysche Konstante ermöglichte erstmals eine numerische Schätzung des Wertes der Elementarladung, lange vor direkten Messungen der elektrischen Elementarladung in Millikans Experimenten mit Öltropfen. Bemerkenswert ist, dass die Idee der atomaren Struktur der Elektrizität in Elektrolyseexperimenten in den 30er Jahren des 19. Jahrhunderts eine eindeutige experimentelle Bestätigung erhielt, als selbst die Idee der atomaren Struktur der Materie noch nicht von allen geteilt wurde Wissenschaftler. IN berühmte Rede, gehalten in der Royal Society und gewidmet dem Andenken an Faraday, kommentierte Helmholtz diesen Umstand folgendermaßen:

„Wenn wir die Existenz von Atomen chemischer Elemente zugeben, dann kommen wir nicht um die weitere Schlussfolgerung herum, dass Elektrizität, sowohl positive als auch negative, in bestimmte Elementargrößen unterteilt ist, die sich wie Elektrizitätsatome verhalten.“

Chemische Stromquellen. Wenn ein Metall, beispielsweise Zink, in Wasser eingetaucht wird, beginnt sich unter dem Einfluss polarer Wassermoleküle eine bestimmte Menge positiver Zinkionen aus der Oberflächenschicht zu bewegen Kristallgitter Metall in Wasser. Dadurch wird das Zink negativ und das Wasser positiv geladen. An der Grenzfläche zwischen Metall und Wasser bildet sich eine dünne Schicht, die elektrische Doppelschicht genannt wird; Darin herrscht ein starkes elektrisches Feld, dessen Intensität vom Wasser auf das Metall gerichtet ist. Dieses Feld verhindert den weiteren Übergang von Zinkionen in Wasser und dadurch entsteht ein dynamisches Gleichgewicht, in dem die durchschnittliche Anzahl der vom Metall ins Wasser gelangenden Ionen gleich der Anzahl der vom Wasser zum Metall zurückkehrenden Ionen ist.

Auch beim Eintauchen des Metalls stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein Wasserlösung Salze desselben Metalls, zum Beispiel Zink in einer Lösung von Zinksulfat. In der Lösung zerfällt das Salz in Ionen. Die resultierenden Zinkionen unterscheiden sich nicht von den Zinkionen, die von der Elektrode in die Lösung gelangten. Eine Erhöhung der Konzentration von Zinkionen im Elektrolyten erleichtert den Übergang dieser Ionen in das Metall aus der Lösung und erschwert ihn

Übergang vom Metall zur Lösung. Daher ist die eingetauchte Zinkelektrode in einer Zinksulfatlösung zwar negativ geladen, aber schwächer als in reinem Wasser.

Wenn ein Metall in eine Lösung eingetaucht wird, wird das Metall nicht immer negativ geladen. Wenn beispielsweise eine Kupferelektrode in eine Kupfersulfatlösung eingetaucht wird, beginnen sich Ionen aus der Lösung auf der Elektrode abzuscheiden und diese positiv aufzuladen. Die Feldstärke in der elektrischen Doppelschicht wird dabei vom Kupfer zur Lösung geleitet.

Wenn also ein Metall in Wasser oder eine wässrige Lösung eingetaucht wird, die Ionen desselben Metalls enthält, entsteht zwischen ihnen an der Grenzfläche zwischen dem Metall und der Lösung eine Potentialdifferenz. Das Vorzeichen und die Größe dieser Potentialdifferenz hängen von der Art des Metalls (Kupfer, Zink usw.), von der Ionenkonzentration in der Lösung ab und sind nahezu unabhängig von Temperatur und Druck.

Zwei in einen Elektrolyten getauchte Elektroden aus unterschiedlichen Metallen bilden eine galvanische Zelle. Beispielsweise werden in einer Volta-Zelle die Zink- und Kupferelektroden in eine wässrige Schwefelsäurelösung getaucht. Die Lösung enthält zunächst weder Zinkionen noch Kupferionen. Später gelangen diese Ionen jedoch über die Elektroden in die Lösung und es stellt sich ein dynamisches Gleichgewicht ein. Solange die Elektroden nicht durch Drähte miteinander verbunden sind, ist das Potenzial des Elektrolyten an allen Stellen gleich und die Potenziale der Elektroden unterscheiden sich vom Potenzial des Elektrolyten aufgrund der an ihrer Grenzfläche gebildeten Doppelschichten Elektrolyt. In diesem Fall beträgt das Elektrodenpotential von Zink -0,763 V und von Kupfer beträgt die elektromotorische Kraft des Volt-Elements, bestehend aus diesen Potentialsprüngen

Strom in einem Stromkreis mit einem galvanischen Element. Wenn die Elektroden einer galvanischen Zelle mit einem Draht verbunden sind, bewegen sich Elektronen durch diesen Draht von der negativen Elektrode (Zink) zur positiven Elektrode (Kupfer), wodurch das dynamische Gleichgewicht zwischen den Elektroden und dem Elektrolyten, in dem sie sich befinden, gestört wird eingetaucht. Zinkionen beginnen, von der Elektrode in die Lösung zu wandern, um die elektrische Doppelschicht mit einem konstanten Potentialsprung zwischen Elektrode und Elektrolyt im gleichen Zustand zu halten. In ähnlicher Weise beginnen sich bei einer Kupferelektrode Kupferionen aus der Lösung zu bewegen und sich auf der Elektrode niederzuschlagen. In diesem Fall entsteht in der Nähe der negativen Elektrode ein Mangel an Ionen und in der Nähe der positiven Elektrode ein Überschuss an solchen Ionen. Gesamtzahl Ionen in Lösung ändern sich nicht.

Durch die beschriebenen Prozesse wird in einem geschlossenen Stromkreis ein elektrischer Strom aufrechterhalten, der im Anschlussdraht durch die Bewegung von Elektronen und im Elektrolyten durch Ionen erzeugt wird. Wenn ein elektrischer Strom fließt, löst sich die Zinkelektrode allmählich auf und Kupfer lagert sich auf dem Pluspol (Kupfer) ab.

Elektrode. An der Zinkelektrode nimmt die Ionenkonzentration zu und an der Kupferelektrode ab.

Potenzial in einem Stromkreis mit einem galvanischen Element. Das beschriebene Bild des Durchgangs von elektrischem Strom in einem ungleichmäßigen geschlossenen Stromkreis Chemisches Element, entspricht der Potentialverteilung entlang des Stromkreises, schematisch dargestellt in Abb. 107. Im externen Stromkreis, d. h. im Draht, der die Elektroden verbindet, nimmt das Potential gemäß dem Ohmschen Gesetz für ein homogenes Potential gleichmäßig vom Wert an der positiven (Kupfer-)Elektrode A auf den Wert an der negativen (Zink-)Elektrode B ab Dirigent. Im inneren Kreislauf, also im Elektrolyten zwischen den Elektroden, sinkt das Potential allmählich von einem Wert nahe der Zinkelektrode auf einen Wert nahe der Kupferelektrode. Fließt im äußeren Stromkreis der Strom von der Kupferelektrode zur Zinkelektrode, so fließt er im Elektrolyten vom Zink zum Kupfer. Durch die Einwirkung äußerer (in diesem Fall chemischer) Kräfte entstehen Potentialsprünge in elektrischen Doppelschichten. Die Bewegung elektrischer Ladungen in Doppelschichten aufgrund äußerer Kräfte erfolgt entgegen der Wirkungsrichtung der elektrischen Kräfte.

Reis. 107. Potentialverteilung entlang einer Kette, die ein chemisches Element enthält

Die geneigten Abschnitte der Potentialänderung in Abb. 107 Übereinstimmung elektrischer Wiederstandäußere und innere Abschnitte eines geschlossenen Kreislaufs. Der gesamte Potentialabfall entlang dieser Abschnitte ist gleich der Summe der Potentialsprünge in den Doppelschichten, also der elektromotorischen Kraft des Elements.

Der Durchgang von elektrischem Strom in einer galvanischen Zelle wird durch an den Elektroden freigesetzte Nebenprodukte und das Auftreten eines Konzentrationsunterschieds im Elektrolyten erschwert. Diese Phänomene werden als elektrolytische Polarisation bezeichnet. Bei Volta-Elementen beispielsweise wandern positive Ionen bei geschlossenem Stromkreis zur Kupferelektrode und lagern sich dort ab. Dadurch wird nach einiger Zeit die Kupferelektrode durch eine Wasserstoffelektrode ersetzt. Da das Elektrodenpotential von Wasserstoff um 0,337 V niedriger ist als das Elektrodenpotential von Kupfer, nimmt die EMK des Elements um ungefähr den gleichen Betrag ab. Darüber hinaus erhöht der an der Kupferelektrode freigesetzte Wasserstoff den Innenwiderstand des Elements.

Zum Abnehmen schädlicher Einfluss Wasserstoff, Depolarisatoren werden verwendet - verschiedene Oxidationsmittel. Beispielsweise im am häufigsten verwendeten Element Leclanche („trockene“ Batterien)

Die positive Elektrode ist ein Graphitstab, der von einer komprimierten Masse aus Manganperoxid und Graphit umgeben ist.

Batterien. Eine praktisch wichtige Art galvanischer Zellen sind Batterien, bei denen nach dem Entladen ein umgekehrter Ladevorgang unter Umwandlung elektrischer Energie in chemische Energie möglich ist. Die bei der Stromerzeugung verbrauchten Stoffe werden durch Elektrolyse in der Batterie wiederhergestellt.

Es ist zu erkennen, dass beim Laden der Batterie die Konzentration der Schwefelsäure zunimmt, was zu einer Erhöhung der Dichte des Elektrolyten führt.

Dadurch entsteht beim Ladevorgang eine starke Asymmetrie der Elektroden: Eine wird zu Blei, die andere zu Bleiperoxid. Eine geladene Batterie ist eine galvanische Zelle, die als Stromquelle dienen kann.

Wenn elektrische Energieverbraucher an die Batterie angeschlossen werden, fließt durch den Stromkreis ein elektrischer Strom, dessen Richtung dem Ladestrom entgegengesetzt ist. Chemische Reaktionen Gehen Sie in die entgegengesetzte Richtung und die Batterie kehrt in ihren ursprünglichen Zustand zurück. Beide Elektroden werden mit einer Salzschicht bedeckt und die Schwefelsäurekonzentration kehrt auf ihren ursprünglichen Wert zurück.

Bei einer geladenen Batterie beträgt die EMF etwa 2,2 V. Beim Entladen sinkt sie auf 1,85 V. Eine weitere Entladung wird nicht empfohlen, da die Bildung von Bleisulfat irreversibel wird und die Batterie beschädigt wird.

Die maximale Ladung, die ein Akku im entladenen Zustand liefern kann, wird als Kapazität bezeichnet. Batteriekapazität normalerweise

gemessen in Amperestunden. Je größer es ist mehr Oberfläche Platten

Anwendungen der Elektrolyse. Elektrolyse wird in der Metallurgie eingesetzt. Am gebräuchlichsten ist die elektrolytische Herstellung von Aluminium und reinem Kupfer. Mittels Elektrolyse ist es möglich, dünne Schichten einiger Stoffe auf der Oberfläche anderer zu erzeugen, um dekorative und schützende Überzüge (Vernickeln, Verchromen) zu erhalten. Das Verfahren zur Gewinnung abziehbarer Beschichtungen (Elektroplastik) wurde vom russischen Wissenschaftler B. S. Jacobi entwickelt, der damit hohle Skulpturen zur Dekoration herstellte Isaakskathedrale in Sankt Petersburg.

Was ist der Unterschied zwischen dem physikalischen Mechanismus der elektrischen Leitfähigkeit in Metallen und Elektrolyten?

Erklären Sie, warum der Dissoziationsgrad einer bestimmten Substanz von der Dielektrizitätskonstante des Lösungsmittels abhängt.

Erklären Sie, warum in stark verdünnten Elektrolytlösungen fast alle gelösten Moleküle dissoziiert sind.

Erklären Sie, dass der Mechanismus der elektrischen Leitfähigkeit von Elektrolyten dem Mechanismus der elektrischen Leitfähigkeit von Gasen ähnelt. Warum ist unter konstanten äußeren Bedingungen der elektrische Strom proportional zur angelegten Spannung?

Welche Rolle spielt der Erhaltungssatz der elektrischen Ladung bei der Ableitung des Elektrolysegesetzes (3)?

Erklären Sie den Zusammenhang zwischen dem elektrochemischen Äquivalent einer Substanz und der spezifischen Ladung ihrer Ionen.

Wie kann man das Verhältnis elektrochemischer Äquivalente experimentell bestimmen? verschiedene Stoffe, wenn mehrere Elektrolytbäder, aber keine Instrumente zur Strommessung vorhanden sind?

Wie kann das Phänomen der Elektrolyse genutzt werden, um einen Stromzähler in einem Gleichstromnetz zu erstellen?

Warum können die Gesetze von Faraday als experimenteller Beweis für die Vorstellungen über die atomare Natur der Elektrizität angesehen werden?

Welche Prozesse laufen ab, wenn Metallelektroden in Wasser und einen Elektrolyten eingetaucht werden, der Ionen dieser Metalle enthält?

Beschreiben Sie die Vorgänge, die im Elektrolyten in der Nähe der Elektroden einer galvanischen Zelle beim Stromdurchgang ablaufen.

Warum bewegen sich positive Ionen in einer Voltaikzelle von der negativen Elektrode (Zink) zur positiven Elektrode (Kupfer)? Wie kommt es in einem Stromkreis zu einer Potentialverteilung, die dazu führt, dass sich die Ionen auf diese Weise bewegen?

Warum kann der Ladezustand einer Säurebatterie mit einem Hydrometer, also einem Gerät zur Messung der Dichte einer Flüssigkeit, überprüft werden?

Wie unterscheiden sich Prozesse in Batterien grundsätzlich von Prozessen in „trockenen“ Batterien?

Welcher Teil der beim Laden der Batterie c aufgewendeten elektrischen Energie kann beim Entladen genutzt werden, wenn während des Ladevorgangs die Spannung an ihren Anschlüssen aufrechterhalten wird

Elektronenstrom in Flüssigkeiten

In einem Eisenleiter entsteht durch die gerichtete Bewegung freier Elektronen ein Elektronenstrom, und dabei kommt es zu keinen Veränderungen in der Substanz, aus der der Leiter besteht.

Als Leiter werden solche Leiter bezeichnet, bei denen der Durchgang des Elektronenstroms nicht mit chemischen Veränderungen ihrer Substanz einhergeht Dirigenten erster Art. Hierzu zählen alle Metalle, Kohle und eine Reihe weiterer Stoffe.

Es gibt aber auch Leiter elektronischen Stroms in der Natur, in denen beim Stromdurchgang chemische Phänomene auftreten. Diese Dirigenten werden aufgerufen Dirigenten zweiter Art. Hierzu zählen vor allem unterschiedliche Mischungen von Säuren, Salzen und Laugen im Wasser.

Wenn Sie Wasser in ein Glasgefäß gießen und ein paar Tropfen Schwefelsäure (oder eine andere Säure oder Lauge) hinzufügen, dann zwei Eisenplatten nehmen und Leiter daran anschließen, diese Platten in das Gefäß senken und eine Stromquelle anschließen Wenn Sie die anderen Enden der Leiter durch den Schalter und das Amperemeter verbinden, wird Gas aus der Lösung freigesetzt, und dies bleibt so lange bestehen, wie der Stromkreis geschlossen ist angesäuertes Wasser ist tatsächlich ein Leiter. Außerdem beginnen sich die Platten mit Gasblasen zu bedecken. Dann lösen sich diese Blasen von den Platten und treten heraus.

Wenn ein Elektronenstrom durch die Lösung fließt, kommt es zu chemischen Veränderungen, die zur Freisetzung von Gas führen.

Leiter der zweiten Art werden Elektrolyte genannt, und das Phänomen, das im Elektrolyten auftritt, wenn ein Elektronenstrom durch ihn fließt, wird als Leiter bezeichnet.

In einen Elektrolyten getauchte Eisenplatten werden Elektroden genannt; Einer von ihnen, der mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden ist, wird Anode genannt, und der andere, der mit dem Minuspol verbunden ist, wird Kathode genannt.

Was bestimmt den Durchgang des Elektronenstroms in einem wässrigen Leiter? Es stellt sich heraus, dass in solchen Gemischen (Elektrolyten) Säuremoleküle (Alkali, Salz) unter dem Einfluss eines Lösungsmittels (in diesem Fall Wasser) in zwei Bestandteile zerfallen, während Ein Teilchen des Moleküls hat eine positive elektronische Ladung, das andere eine negative.

Molekülteilchen mit elektronischer Ladung werden Ionen genannt. Wenn eine Säure, ein Salz oder ein Alkali in Wasser gelöst wird, a große Menge sowohl positiv als auch negativ geladene Ionen.

Nun sollte klar werden, warum ein Elektronenstrom durch die Lösung floss, denn zwischen den an die Stromquelle angeschlossenen Elektroden entstand eine Potentialdifferenz, das heißt, eine von ihnen erwies sich als positiv und die andere als negativ. Unter dem Einfluss dieser Potentialdifferenz begannen sich positive Ionen in Richtung der negativen Elektrode – der Kathode – und negative Ionen – in Richtung der Anode zu vermischen.

So wurde aus der chaotischen Bewegung der Ionen eine geordnete Gegenbewegung negativ geladener Ionen in die eine und positiver Ionen in die andere. Dieser Ladungsübertragungsprozess stellt den Fluss des Elektronenstroms durch den Elektrolyten dar und findet statt, solange zwischen den Elektroden eine Potentialdifferenz besteht. Mit dem Verschwinden der Potentialdifferenz stoppt der Strom durch den Elektrolyten, die geordnete Bewegung der Ionen wird gestört und die chaotische Bewegung beginnt von neuem.

Betrachten wir als Beispiel das Phänomen der Elektrolyse, wenn ein Elektronenstrom durch eine Lösung von Kupfersulfat CuSO4 geleitet wird, in die Kupferelektroden eingetaucht sind.

Das Phänomen der Elektrolyse, wenn Strom durch eine Kupfersulfatlösung fließt: C – Gefäß mit Elektrolyt, B – Stromquelle, C – Schalter

Außerdem kommt es zu einer Gegenbewegung der Ionen zu den Elektroden. Das positive Ion ist das Kupferion (Cu) und das negative Ion ist das Säurerest-Ion (SO4). Kupferionen, die mit der Kathode in Kontakt kommen, werden entladen (die fehlenden Elektronen werden an sich gebunden), d. h. in neutrale Moleküle aus reinem Kupfer umgewandelt und in Form einer dünnen (molekularen) Schicht auf der Kathode abgeschieden.

Negative Ionen, die die Anode erreicht haben, werden ebenfalls entladen (sie geben zusätzliche Elektronen ab). Gleichzeitig gehen sie aber eine chemische Reaktion mit dem Kupfer der Anode ein, wodurch sich ein Kupfermolekül Cu mit dem sauren Rest SO4 verbindet und ein Kupfersulfatmolekül CuS O4 entsteht, das wieder in den Elektrolyten zurückgeführt wird .

Da dieser chemische Prozess lange dauert, lagert sich Kupfer an der Kathode ab und wird aus dem Elektrolyten freigesetzt. In diesem Fall erhält der Elektrolyt anstelle der Kupfermoleküle, die zur Kathode gelangten, durch die Auflösung der zweiten Elektrode – der Anode – neue Kupfermoleküle.

Der gleiche Vorgang findet statt, wenn Zinkelektroden anstelle von Kupferelektroden verwendet werden und der Elektrolyt eine Lösung von Zinksulfat Zn SO4 ist. Zink wird auch von der Anode zur Kathode übertragen.

Auf diese Weise, Unterschied zwischen Elektronenstrom in Metallen und flüssigen Leitern liegt darin, dass in Metallen nur freie Elektronen, also negative Ladungen, Ladungsträger sind, während in Elektrolyten der Strom von unterschiedlich geladenen Teilchen eines Stoffes getragen wird – Ionen, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Deshalb sagen sie das Elektrolyte haben eine Ionenleitfähigkeit.

Phänomen der Elektrolyse wurde 1837 von B. S. Jacobi entdeckt, der unzählige Experimente zur Untersuchung und Verbesserung chemischer Stromquellen durchführte. Jacobi fand heraus, dass eine der Elektroden, die in eine Kupfersulfatlösung getaucht wurden, mit Kupfer beschichtet wurde, wenn ein Elektronenstrom durch sie floss.

Dieses Phänomen nennt man Galvanisieren, findet weiter dieser Moment sehr groß praktischer Nutzen. Ein Beispiel hierfür ist die Beschichtung von Eisengegenständen mit einer dünnen Schicht anderer Metalle, also Vernickeln, Vergolden, Versilbern etc.

Gase (einschließlich Luft) leiten unter normalen Bedingungen keinen Elektronenstrom. Beispielsweise sind blanke Drähte von Freileitungen, die parallel zueinander aufgehängt sind, durch eine Luftschicht voneinander isoliert.

Aber unter dem Einfluss hoher Temperaturen, großer Potentialunterschiede und anderer Umstände werden Gase wie wässrige Leiter ionisiert, das heißt, es erscheinen in ihnen Partikel von Gasmolekülen in großen Mengen, die als Elektrizitätsträger den Durchgang von Elektronen erleichtern Strom durch das Gas.

Gleichzeitig unterscheidet sich die Ionisierung eines Gases von der Ionisierung eines wässrigen Leiters. Wenn in Wasser ein Molekül in zwei geladene Teile zerfällt, werden in Gasen unter dem Einfluss der Ionisierung immer Elektronen von jedem Molekül getrennt und ein Ion verbleibt in Form eines positiv geladenen Teils des Moleküls.

Sobald die Ionisierung des Gases abgeschlossen ist, ist es nicht mehr leitfähig, während die Flüssigkeit immer ein Leiter des Elektronenstroms bleibt. Wie folgt ist die Gasleitfähigkeit ein vorübergehendes Phänomen, abhängig von äußeren Umständen.

Aber es gibt noch eine andere Art der Entladung namens Bogenentladung oder einfach ein elektronischer Lichtbogen. Das Phänomen des Elektronenbogens wurde im frühen 19. Jahrhundert vom ersten russischen Elektroingenieur V.V. Petrov entdeckt.

V. V. Petrov hat durch unzählige Experimente herausgefunden, dass zwischen zwei an eine Stromquelle angeschlossenen Holzkohlen eine kontinuierliche elektronische Entladung durch die Luft auftritt, begleitet von einem hellen Licht. In seinen eigenen Schriften schrieb V.V. Petrov, dass mit all dem „der schwarze Frieden recht hell erleuchtet werden kann“. Auf diese Weise wurde erstmals elektronisches Licht gewonnen, das tatsächlich von einem anderen russischen Elektroingenieur Pavel Nikolaevich Yablochkov genutzt wurde.

Die Jablotschkow-Kerze, deren Funktionsweise auf der Verwendung eines Elektronenbogens beruht, sorgte damals für eine echte Revolution in der Elektrotechnik.

Die Bogenentladung wird heute als Lichtquelle beispielsweise in Scheinwerfern und Projektionsgeräten eingesetzt. Die hohe Temperatur der Lichtbogenentladung ermöglicht deren Nutzung für den Bau eines Lichtbogenofens. IN aktuelle Uhrzeit Lichtbogenöfen, die mit sehr hohem Strom betrieben werden große Stärke, werden in einer Reihe von Branchen eingesetzt: zum Schmelzen von Stahl, Gusseisen, Ferrolegierungen, Bronze usw. Und im Jahr 1882 nutzte N.N. Benardos erstmals eine Lichtbogenentladung zum Schneiden und Schweißen von Metall.

In Gaslichtröhren, Leuchtstofflampen, Spannungsstabilisatoren, zur Erzeugung von Elektro- und Ionenstrahlen, den sogenannten Glimmgasentladung.

Mithilfe einer Funkenentladung werden große Potenzialunterschiede mithilfe eines Kugelfunkenmessers gemessen, dessen Elektroden zwei Eisenkugeln mit polierter Oberfläche sind. Die Kugeln werden auseinander bewegt und mit einer gemessenen Potentialdifferenz beaufschlagt. Dann werden die Kugeln näher zusammengebracht, bis ein Funke zwischen ihnen überspringt. Wenn Sie den Durchmesser der Kugeln, den Abstand zwischen ihnen, den Druck, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit kennen, ermitteln Sie mithilfe spezieller Tabellen den Potenzialunterschied zwischen den Kugeln. Mit dieser Methode können Potentialunterschiede in der Größenordnung von 10.000 Volt mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent bestimmt werden.

Das ist alles für den Moment. Nun, wenn Sie mehr erfahren möchten, empfehle ich Ihnen, sich die Dissertation von Misha Vanyushin anzusehen:

„Über Elektrizität für Einsteiger im Videoformat auf DVD“