nekrasovI (1114433), страница 66
Текст из файла (страница 66)
3) Чем дальше друг от друга расположены два металла, тем большее напзпяжение может давать построенный из ннх гальванический элемент. -в Получение электрического тока за счет химических реакций в гальванических элементах разных типов широко распространено на практике. Однако еше чаще для этой цели применяют генераторы, представляюшие собой как бы насосы для перекачивания электронов из одной части сети в другую. Называемый электрическим током поток электронов формально аналогичен потоку воды, как это видно из рис. Ч-30. Подобно насосу, генератор перекачивает электроны из одной части системы в другую. Напряжение тока (аналогичное давлению воды) измеряется вольтметром, количество протекшего электричества (аналогичное количеству протекшей воды) — амперметром, роль крана водной системы играет рубильник (выключатель).'о Если в цепь электрического тока включить сосуд с раствором какого-либо злектролята, например НС1, то произойдет явление, называемое электролиэом (рис, Ч-31).
Вследствие работы источника тока электроны й одного электрода (анода) будут выкачиваться, а на й В, Химия и электрический ток другой (к а т о д) — накачиваться. Поэтому на аноде создается недостаток электронов, а на катоде — их избыток. Находящиеся в растворе ионы СГ отталкиваются отрицательным электродом и притягиваются к положительному, ионы Н' — наоборот. Таким образом, первые будут двигаться к аноду, вторые — к катоду.
В связи с этим отрицательно заряженные ионы и называют обычно аииоиами (движущиеся к аноду), а положительно заряженные — катионами (движущиеся к катоду). Так как источник тока в ы к а ч и в а е т электроны с анода, от подошедших к последнему ионов СГ отнимается по одному электрону и они превращаются в нейтральные атомы. Два таких атома соединяются затем в молекулу и выделяются в виде газообразного хлора. Одновременно катод (содержащий и з б ы т о к электронов) отдает подошедшим ионам Н электроны и переводит их в нейт- Фкеу ральные атомы водорода.
Два таких атома образуют молекулу, и газообразный водород улетучивается из сосуда. Таким образом, при пропускании электрического тока сквозь раствор электролита у электродов происходит следующее: а) у анода — превращение аннонов в нейтральные атомы (или группы атомов) с о т д а ч е й электронов; б) у катода — превращение катионов в Рис Ъ'-зь схема электролиза.
нейтральные атомы (или группы атомов) с получением электронов. И то и другое прекращается лишь тогда, когда израсходуется весь электролит. Таким образом, сущность процесса электролиза состоит в осуи(есгвиеиии химических реакций засчет электрического гока. Если несколько видоизменить предыдущий пример, взяв вмесго НС), например, СцС!ь то процесс у анода останется тем же, тогда как на катоде будет выделяться уже не водород, а металлическая медь. Соответственно подбирая условия (силу тока, состав раствора и т.
д.), можно добиться того, что медь будет осаждаться ровным плотным слоем. Метод электролитического покрытия одного металла слоем другого широко используетСя современной техникой (для никелирования, золочения и т. д.). Несколько иначе пойдет процесс, если электролиз СиС)э производить с медным анодом.
Так как атомы Сн теряют электроны легче, чем ноны СГ, в этом случае вместо выделения хлора будет происходить переход с анода в раствор ионов Сн". Электролиз сведется, следовательно, к и е р е н о с у меди с анода на катод. Такой перенос имеет большое техническое значение, так как позволяет путем электролиза производить очистку металлов. В зависимости от химической активности того илн нного элемента переход его из атомного в ионное состояние, как уже отмечалось выше, происходит с различной легкостью.
Следовательно, и обратио— необходимые для перевода различных ионов в нейтральные атомы напряжения электрического тока должны быть различными. Действительно, чем левее стоит металл в ряду напряжений, тем труднее выделить его из раствора при электролизе. На различии напряженн(ь требующихся для осаждения отдельных металлов, основаны некоторые важные методы их разделения. Если, например, имеется раствор смеси солей 2п и Сц, то при соответствующем регулировании напряжения медь осядет на электроде, а цинк останется в растворе, "-'" р. Растворы Так как разрядка у электродов ионов самой воды протекает легче, чем ионов многих электролитов, при электролизе, например, Хаз80ч у катода происходит выделение водорода (за счет ионов Н' воды), у анода — кислорода (по схеме: 20Н' — 2е = НтО + 0), В результате катодное поостранство обогащается ионами Ма' и ОН', а анодное— ионами 80,' и Н, т.
е. в первом из них накапливается свободная щелочь, а во втором кислота. 'з " Итак, для перевода отдельных ионов в нейтральные атомы требуется различное напряжение тока, величина которого зависит от химической природы иона. Гораздо проще отношения, наблюдающиеся для затрачиваемого при электролизе к о л и ч е с т в а э л е к т р и ч ес т в а. Каждый однозарядный ион, независимо от его химической природы, получает или отдает при этом один электрон, двухзарядный— два и т.
д. Следовательно, для разряжения и выделения в элементарном состоянии одного грамм-иона любого одновалентного элемента нужно затратить одинаковое количество электричества, для грамм-иона двухвалентного — вдвое большее и т. д. Соотношение становится еще более общим, если перейти к эквивалентным весам, так как в этом случае отпадают и различия, связанные с зарядами ионов. Для всех электролитов имеет силу закон электролиза (Фарадей, 1834 г.): одинаковые количества электричества выделяют эквивалентные весовые количества элементов.
При этом 96487 кулонов (26,8 ампер-часа) выделяют один грамм-эквивалент любого элемента. Закон Фарадея дает возможность производить различные расчеты, связанные с электролизом." " Пример. Пусть сквозь последовательно включенные и цепь постоянного тока рзстяоры А61чОь Сн50, н АоС1з н теченне 1О мин пропускзлся ток снлой 5 о. Требуется определить, сколько зз »то время осядет нз катодах серебра, меди н золота. Тзк кзк снлз тока н одни ампер соответствует прохожденню одного кулоне н секунду, зз нсе время опыта через растворы прошло 5 60 10 3000 к. Следовательно.
выделятся: ! 07,9 ° 3000 63,5 ° 3000 196,0 3000 1.'9,'457 -335вА9 2'.9;457 099гс 3.'96467 -204ГАп После рассмотрения электролиза становится понятной сущность элекгропроводности растворов. Если вновь обратиться к рис. Ч-31, то легко установить, что ток (т. е. поток электронов) сквозь жидкость вовсе и не проходит. Так как, однако, число получаемых анодом электронов равно числу отдаваемых за то же время катодом, во внешн е й ц е и и ток -идет так же, как он шел бы, если бы электроны непосредственно проходили сквозь жидкость. Поэтому и говорят об «электропроводности» растворов. Естественно, что растворы, не содержащие ионов, т.
е. растворы неэлектролнтов, тока проводить вообще не могут. Электропроводность растворов электролитов зависит прежде всего от к о н ц е н т р а ц и и ионов: чем она больше, тем больше и электропроводность. Вторым влияющим на электропроводность фактором является з вряд ионов. Очевидно, что при прочих равных условиях большее количество электричества может быть «перенесено», например, двухвалентными ионами, чем одновалентиыми, так как каждый из первых отдает (или получает) по два электрона. Чтобы устранить влияние валентности ионов, при сравнительном изучении электропроводности пользуются нормальными концентра)1ияын растворов.
В этом случае больший заряд иона компенсируется его меньшим содержанием. Наконец, третьим важным фактором является п о д в н ж н о с т ь ионов, характеризующая скорость, с которой они передвигаются в рас- б В. Химия и электрический гок творе. Чем быстрее движутся ионы, тем больше за единицу времени их разрядится и на аноде, и на катоде и тем, следовательно, больше будет электропроводность раствора. Действительные скорости движения отдельных ионов близки друг к другу и при обычных напряжениях тока очень малы (порядка сантиметров в час).
Значительно подвижнее остальных ионы ОН' (примерно в 2'/з раза) и особенно ионы Н (примерно в 5 раз). Поэтому растворы сильных оснований и кислот при той же нормальной концентрации проводят ток лучше, чем растворы солей. С повышением концентрации растворов подвижность ионов уменьшается. Напротив, при повышении температуры она сильно возрастает, в связи с ~") О чел! увеличивается обычно н электропровод- ность растворов." з' О Очень малые абсолютные скорости ионов О О обУсловлены главным обРазом их г и д Р а т а-,ч ц и е й по реакциям, например: Иа'+ ас) = )ч) а'+ 101 ккал оо д и С1 + а!(= СГ+ 84 ккал Выделяющаяся при этом энергия носит наз- (,'.) ванне э н е р г и н гидр а танин. Как видно Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
