І. Электрстатик а
Электролиттегі диссоциация. Электролиттің электр өткізгіштігі. Электролиз. Фарадей заңдары
жүктеу/скачать 1,99 Mb.
|
І. Электрстатик а
- Бұл бет үшін навигация:
- ГАЗДАРДАҒЫ ЭЛЕКТР ТОГЫ
| 6.1. Электролиттегі диссоциация. Электролиттің электр өткізгіштігі. Электролиз. Фарадей заңдары.
Сұйықтардың электр өткізгіштігі (балқытылған металдардан басқа, бұған сынап та жатады) электрондық болып табылмайды. Таза сұйықтардың, сондай – ақ, органикалық қосылыстардың судағы ертінділерінің іс жүзінде электр өткізгіштік қасиеті болмайды. Бірақ суда органикалық емес заттарды еріту арқылы алынған электролиттер айтарлықтай электр өткізгіштік қасиетке ие болады. Мұндай құбылысты зерттеу үшін ыдыстағы ертіндінің (электролиттің) ішіне екі металл электрод орналастырып, оларға сыртқы ЭҚК көзінен потенциал айырымы беріледі. Бұл кезде электролитте электр өрісі пайда болып, ал тізбекте ток байқалады. Процесс барысында электродтарда белгілі бір заттар түзіле бастайды да, бұл электролиттердегі токты тасымалдаушы бөлшектер электрон емес, зарядталған атомдар немесе молекулалар бөлшектері, яғни иондар екендігін көрсетеді. Иондар ерітіндіде еріткіш молекулаларының (мысалы, су) әсерінен еріген заттардың молекулаларының бөлшектерге бөлінуінің арқасында пайда болады. Мысалы, молекула екі ионға ажырау барысында оның бір атомы екіншісінің электронын өзіне «тартып» алып, артық зарядқа ие болса (яғни теріс ионға айналса), екіншісі электронын жоғалту арқылы оң ионға айналады. Мұндай иондар су молекулаларымен активті химиялық қатынасқа түспейді. Міне, осындай иондар электр өрісінің әсерінен бағытталған қозғалысқа ие болып, қарсы таңбалы электродтарға тартылып, өзінің артық зарядын береді де атомдарға айналады. Бұл атомдар электродтарға түзіледі немесе екінші рет реакцияға қатысып, электролиз құбылысын күрделендіре түседі. Еріту процесі кезінде иондардың пайда болуы ( электр өрісі жоқ кезде, яғни диссоциацияны тікелей тәжірибе жүзінде байқауға болады (ішіне электролит құйылған пробирканың ұштарына екі электродты дәнекерлеп, сонан соң пробирка бекітіліп, ол центрифуга көмегімен өте тез айналдырылады) пробирка осі айналдырылады (пробирка осі айналу осіне перпендикуляр орналасқан). Бұл кезде иондар әртүрлі орналасады, яғни массалары үлкендері айналу осінен алысырақ орналасады. Лездік тежеу кезінде электродтар гальванометрге жалғанып, бір сәт ток байқалады. Стрелканың ауытқу бағытына қарай электродтардағы иондар таңбасын анықтауға болады. Мысалы, тұздар еріген кезде металдың иондары оң таңбалы болып кетеді: . Ал қышқылдардың еру барысында сутегі иондары оң таңбалы болып келеді: Диссоциацияның белгілі бір дәрежесін, диссоциация коэффициентін - мен белгілеу қабылданған. Ол еріген заттың молекуласының қай бөлігі диссоциалану күйінде тұрғандығын көрсетеді. Егер ертіндінің бірлік көлеміндегі еріген заттың молекулаларының саны - ге тең болса, онда молекула ерітінді ішінде ион түрінде, ал молекула диссоциацияланбаған молекула түрінде кездеседі. Электролиз заңдарын тәжірибе жүзінде 1836 ж. Фарадей тағайындаған болатын (Фарадей Майкл 1791 – 1867 ж.ж., ағылшын физигі). Фарадейдің заңдары электролиз кезінде бөлініп шыққан зат массасының ток күшіне және уақытқа байланыстылығын сипаттайды. Фарадейдің 1 – заңы былай айтылады: Электродтан бөлініп шыққан заттың мөлшері электролит арқылы өткен зарядқа пропорционал. (6.1) - бөлініп шыққан заттың массасы. - заттың табиғатына байланысты коэффициент, ол электрохимиялық эквивалент деп аталады. - ерітіндіден өткен заряд. Фарадейдің 2 – заңы: Барлық заттардың электрохимиялық эквиваленті олардың химиялық эквивалентіне пропорционал. (6.2) - химиялық эквивалент, мұндағы , - электрохимиялық эквивалент. М – заттың молярлық (атомдық) массасы, - атомның валенттілігі. - пропорционалдық коэффициент, F – Фарадей саны деп аталады. F = 96500 Кл/моль. Фарадей саны F мән жағынан электродта сан жағынан - ге тең заттың массасы түзілу үшін электролит арқылы өткізілуге тиіс заряд шамасына тең. Бұл екі заңды жалпы түрде біріктіріп, былай жазуға болады: (6.3) 1881 ж. Гельмгольц Фарадей саны бойынша ионның орташа зарядын анықтауға болатындығын көрсетті ( Гельмгольц Герман Людвиг Фердинанд 1821 – 1894 ж.ж. неміс жаратылыстанушысы). Бұл тек Авогадро санын анықтағаннан кейін іске асты. Себебі ион заряды Авогадро санымен және атом валенттілігімен байланысты: , моль-1 Бұдан бір валентті ионның орташа зарядының мынаған тең екені шығады: Кл. Зарядтың бұл мәні шамамен осы жылдары (ХХ ғасырдың басында) анықталған электрон зарядымен бірдей болып шығады. Сонымен, электр зарядының атомдық құрылысы жайындағы түсініктер толық мақұлданды. Электролитте ион еріткіштің (су) молекулаларының қоршауында болады. Сонда иондармен әсерлесудің нәтижесінде дипольді молекулалар ионға өздерінің қарсы таңбалы ұштарымен бұрылады (6.2 – сурет). 6.2 - сурет Міне, сондықтан да электр өрісіндегі иондардың бағытталған қозғалысы біршама қиындайды да олардың қозғалғыштығы ( ) ( ) – тан аспайды, яғни металдардағы өткізгіштік электрондарының қозғалғыштығына қарағанда айтарлықтай төмен болады. Сондай – ақ мұндағы иондардың концентрациясы да металдағы электрондар концентрациясынан аз болғандықтан, электролиттердің электрлік өткізгіштігі ( ) металдың электрлік өткізгіштіктеріне қарағанда аз болады да, әдетте 102-103 см/м (см – сименс, 1см = 10 м-1) шамасынан аспайды. Элетролиттер ток әсерінен қатты қызғандықтан, олардағы ток тығыздығының шекті мәні жоғары болмайды, яғни электр өрісінің кернеулігін көп арттыруға мүмкіндік жоқ. Мұндай өрістерде, әдетте, иондардың қозғалғыштығы өріс кернеулігіне байланысты болмайды да, электролиттер Ом заңына бағынады ( ) дифференциал формадағы Ом заңы, өткізгіштің әр нүктесі үшін). Электролит температурасы жоғарылаған кезде еріткіш дипольдарының тәртіпті бағытталуы молекулалардың ретсіз қозғалысының күшеюіне байланысты нашарлайды, сондықтан да, дипольдік «бұлт» ыдырауы иондардың қозғалғыштығы яғни ерітіндінің (электролиттің) өткізгіштігі артады. Ерітінділердің меншікті электрлік өткізгіштігі белгілі температурада концентрациясымен күрделі байланыста болады. Егер еритін затты кез-келген пропорцияда ерітуге болса ( мысалы, күкірт қышқылын суда еріту), онда белгілі бір концентрацияда электрлік өткізгіштік максимумге ие болады (6.3 – сурет). 6.3 - сурет Мұның себебі мынада: молекуланың иондарға ажырауы (диссоциация) бірлік көлемдегі еріткіштің және еріген заттың молекулаларының санына пропорционал. Бірақ кері процестің де, яғни иондардың молекулаға бірігуі (рекомбинация) де жүруі мүмкін, оның ықтималдығы қос иондар санының квадратына пропорционал. Міне, сондықтан да аз концентрация жағдайында диссоциация толық жүреді, бірақ иондардың жалпы саны аз. Үлкен концентрацияларда диссоциация әлсіз де иондар саны тағы да аз (мах. байқалуы осыдан). Егер заттың ерігіштігі шектеулі болса, онда әдетте, электрлік өткізгіштіктің максимумы байқалмайды. Су ерітінділері қатая бастағанда олардың тұтқырлығы тез артады да меншікті электрлік өткізгіштігі мыңдаған есе азайып кетеді. Мысалы, сұйық металдардың қатаюы барысында электрондардың қозғалғыштығы, яғни меншікті электрлік өткізгіштік іс жүзінде өзгермейді. Электролиз процесі өнеркәсіпте кеңінен қолданылады ( мысалы, белгілі бір металдарды қоспадан бөліп алу үшін...Гальваникалық элементтер, аккумуляторлар...) Жоғарыда Ом заңының электролитте орындалатынын айттық. Ал бұл заң электролиттік ваннада, электрод металл мен ерітіндінің шекарасында потенциалдық секіруі болатындықтан орындалады. Бұл электродтың және ерітіндінің химиялық табиғатына байланысты. 7.ГАЗДАРДАҒЫ ЭЛЕКТР ТОГЫ жүктеу/скачать 1,99 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|