Электрический ток в жидкостях

Слайд 1. Электрический ток в жидкостях

Закон электролиза и его практическое применение в технике

Слайд 2. Что такое электролиты?

Далеко не все жидкости способны проводить электрический ток. Например, дистиллированная вода является диэлектриком. Однако растворы солей, кислот и щелочей становятся проводниками.

Такие вещества называют электролитами. Процесс распада их молекул на ионы при растворении называется электролитической диссоциацией.

Слайд 3. Схема электрической цепи с электролитом

Слайд 4. Основные понятия процесса

Электролиз — процесс выделения на электродах составных частей электролита.

Катод — отрицательно заряженный электрод, к которому движутся положительные ионы (катионы).

Анод — положительно заряженный электрод, к которому движутся отрицательные ионы (анионы).

Ионная проводимость — перенос заряда в жидкостях осуществляется ионами, а не электронами.

Слайд 5. Механизм переноса заряда

В отличие от металлов, где ток — это поток свободных электронов, в электролитах ток неразрывно связан с переносом вещества.

Когда ионы достигают электродов, они нейтрализуются (отдают или принимают электроны) и превращаются в нейтральные атомы или молекулы, которые оседают на электроде или выделяются в виде газа.

Слайд 6. Законы Фарадея для электролиза

Слайд 7. Первый закон Фарадея

Масса $m$ вещества, выделившегося на электроде за время $t$ при прохождении электрического тока, прямо пропорциональна заряду $q$, прошедшему через электролит:

$$m=k\cdot q=k\cdot I\cdot t$$

Где:

— $k$ — электрохимический эквивалент вещества [кг/Кл];

— $I$ — сила тока [А];

— $t$ — время процесса [с].

Слайд 8. График зависимости массы от заряда

Слайд 9. Электрохимические эквиваленты

Электрохимический эквивалент $k$ численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении заряда в 1 Кулон. Он зависит от химической природы вещества и его валентности.

Слайд 10. Сравнение: Металлы vs Электролиты

— Носители заряда: свободные электроны.

— Масса проводника при протекании тока не меняется.

— Сопротивление увеличивается при нагревании.

— Носители заряда: ионы обеих полярностей.

— Происходит перенос вещества и его выделение.

— Сопротивление уменьшается при нагревании (растет диссоциация).

Слайд 11. Гальванотехника в промышленности

Гальваностегия — нанесение тонкого слоя металла для защиты от коррозии или декора (золочение, хромирование).

Гальванопластика — создание точных металлических копий предметов (клише, матрицы для дисков).

Рафинирование — очистка металлов от примесей (например, получение сверхчистой меди).

Слайд 12. Где еще применяется электролиз?

Получение алюминия, магния и натрия из расплавов руд.

Зарядка свинцовых и литиевых аккумуляторов.

Производство хлора, водорода и едкого натра.

Электрофорез — введение лекарств через кожу с помощью тока.

Слайд 13. Экспериментальные данные

На графике представлена зависимость массы меди (мг) от времени при постоянной силе тока $I=0.5$ А. Прямая линия подтверждает первый закон Фарадея.

Слайд 14. Вопросы для обсуждения

1. Почему дистиллированная вода не проводит ток, а водопроводная — проводит?

2. Как изменится масса вещества на катоде, если силу тока увеличить в 3 раза, а время сократить в 3 раза?

3. В каком направлении движутся ионы хлора $C{l}^{-}$ в растворе соли при включении тока?

4. Почему при электролизе раствора медного купороса анод постепенно «худеет»?

Слайд 15. Подведем итоги

Ток в жидкостях (электролитах) — это направленное движение ионов.

Процесс всегда сопровождается химическими изменениями и переносом вещества.

Закон Фарадея $m=kIt$ позволяет точно рассчитать массу выделившегося вещества.

Электролиз незаменим в современной металлургии, ювелирном деле и производстве аккумуляторов.