Reklama

Электролиз

Выясним подробнее, как проходит ток через раствор, в котором имеются подвижные ионы. Жидкий проводник, в котором подвижными носителями зарядов являются только ионы, называют электролитам. Пусть в ванну налит раствор серной кислоты в воде. Диссоциация молекул серной кислоты происходит в соответствии с уравнением

IMG_201410227_0011_cr

Опустим в ванну платиновые пластины и соединим их через амперметр с батареей (рис. 19.2). Эти пластины называются электродами.

IMG_220141027_0011_crЭлектрод, соединенный с положительным полюсом батареи, называют анодом, электрод, соединенный с отрицательным полюсом, — катодом. Если замкнуть цепь ключом, то в электролите между электродами возникнет электрическое поле.

Под действием сил этого поля ионы водорода Н+ устремятся к катоду, а ионы кислотного остатка SO4 — к аноду. Дойдя до катода, ионы H+ присоединяют к себе один из свободных электронов пластины и превращаются в нейтральные атомы водорода. Соединяясь попарно, эти атомы образуют молекулы газообразного водорода, который и выделяется на катоде.

Оказывается, что в описанном случае кроме ионов SO4 в электролите имеются и другие отрицательные ионы, так как молекулы самой воды в небольшом количестве тоже диссоциируют:

IMG_20141027_00122_cr

Ионы ОН- (гидроксил) легко отдают свой лишний электрон, а ионы SO4 удерживают свои электроны более прочно. Поэтому на аноде, куда подходят отрицательные ионы, разряжаются ионы ОН-, а ионы SO4 остаются в растворе. При разряде ионов ОН- образуется вода и нейтральные молекулы газообразного кислорода, который и выделяется на аноде.

Обозначая абсолютную величину заряда электрона буквой е, все эти процессы можно записать следующим образом:

IMG_2014102227_0012_cr

Итак, из раствора уходят составные части молекул воды, а составные части молекул кислоты остаются в растворе. Это означает, что по мере прохождения тока количество воды в растворе убывает, а концентрация раствора возрастает. Вот почему описанный процесс иногда называют разложением воды электрическим током.

Из описанного выше видно, что прохождение электрического тока через электролиты сопровождается превращением вещества, т. е. ток в электролитах производит химическое действие. Прохождение электрического тот через электролиты, сопровождающееся химическими превращениями вещества и выделением его на электродах, называется электролизом. Сосуд с электродами, в котором находится электролит, называют электролитической ванной.

Положительные ионы в растворе называют катионами (так как при электролизе они идут к катоду), а отрицательные ионы — анионами. Напомним, что катионами являются ионы водорода и металлов.

В приведенном примере вещество выделяется на обоих электродах. Как мы увидим в следующем параграфе, это не всегда бывает так. Выделение вещества на обоих электродах происходит при неактивном аноде, который не растворяется в электролите. В нашем примере пластины не реагируют с электролитом. В технике для такого электролиза чаще пользуются угольными или графитовыми электродами.

Ток в электролите подчиняется закону Ома, т. е. изменяется прямо пропорционально напряжению. При нагревании электролитов уменьшается их вязкость и в них возрастает подвижность ионов. Кроме того, при нагревании электролита возрастает степень диссоциации молекул растворенного вещества, т. е. увеличивается количество носителей тока в электролите. Это означает, что сопротивление электролитов при нагревании уменьшается.

Reklama