С.Г. Калашников - Электричество (1115533), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Характер диссоциация тесно связан с химическими свойствами вещества. Все кислоты характеризуются тем, что в водном растворе дают положительные ионы водорода Н+. Так, например, серная 439 электголитическая диссОциАция 4 190 кислота диссоциирует по уравнению Н2304 2Н + 804 соляная кислота НС! — Н+ + СГ и т.д. Для оснований или щелочей характерно образование ионов гидроксила ОН . Примером может служить диссоциация едкого патра ИаОН 1х!а+ + ОН Я вЂ” Я !ча С1 Н или нашатырного спирта 1~Н40Н ~ МН4 + ОН Растворы, в которых концентрации ионов водорода и ионов гидроксила одинаковы, называются нейгпральна1А4и. Нейтральна химически чистая вода, диссоциирую1цая на положительные ионы водорода Н+ и отрицательные ионы гидроксила ОН . Однако концентрация ионов в ней весьма мала: при комнатной температуре в тонне воды диссоциировано только около 1,4 мг.
Коэффициент диссоциации. Процесс диссоциации молекул можно представить себе следующим образом. Пусть какое- либо вещество, обладающее полярными молекулами (т.е. молекулами, построенными из ионов, например !а!аС1), растворено в воде. Молекулы воды, обладающие большим дипольным моментом, будут ориентироваться в электрическом поле растворенной молекулы таким образом, что их положительная сторона (ионы Н+) окажется преимущественно обращенной к иону С1, а отрица- оа- 02- тельная сторона (ион 02 )— к иону г4а4 (как показано схематически на рис, 325). Это приведет к ослаблению Рнс. 320. Молекула хлористого натрия лекуле, Рассуждая приближенно, можно сказать, что сила взаимного притяжения ионов Ха+ и С1 уменьшится в е раз, где е — диэлектрическая проницаемость растворителя.
Но молекулы, участвуя в тепловом движении, испытывают непрерывные соударения. Поэтому при встрече с достаточно быстрой молекулой растворителя (или другой молекулой растворенного вещества) молекула ЫаС! может распасться (диссоциировать) на ионы Ыа+ и С1 Наряду с рассмотренными актами диссоциации возможны и обратные процессы, когда при соударении двух разноименных 440 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ ГЛ ХНШ ионов Ха+ и С! они воссоединяются в нейтральную молекулу МаС1(рекомбинация ионов).
В электролитах мы имеем подвижное (динамическое) равновесие, при котором число элементарных актов диссоциации в каждую единицу времени равно числу актов рекомбинации. В любой момент оказывается диссоциированной только часть всех молекул, а часть молекул находится в недиссоциированном состоянии. Пусть в каждой единице объема раствора имеется и молекул растворенного вещества, из которых ап диссоциированы, а (1 — а)п не диссоциированы. Коэффициент и называется козффициеиглом диссоциации; он показывает, какая доля всех молекул распалась на ионы. Коэффициент диссоциации зависит от концентрации раствора.
Общий характер этой зависимости можно найти из следующих простых соображений. Число элементарных актов диссоциацнн в 1 с в единице объема тем болыпе, чем больше имеется в наличии нерасщепленных молекул, и поэтому можно положить, что оно равно А(1 — сх)п, где А — некоторый коэффициент, зависящий от природы элек- тролита и его температуры, Число обратных актов рекомбина- ции пропорционально числу соударений разноименных ионов, а это последнее пропорциональна как концентрации положитель- ных ионов па, так и концентрации отрицательных ионов, рав- ной также па (в предположении, что молекула распадается на две части), т.е.
пропорционально (по)~. Поэтому число воссое- диняющихся молекул равно В(пс~)з, где  — некоторый коэффициент. В состоянии равновесия А(! — О)п = В(пгг)~, откуда а' А1 1 — о В и Полученная формула выражает закон Оствальда, показывающий, как зависит коэффициент диссоциации а от концентрации раствора и.
Хотя этот закон и не очень точен, он правильно передает общий характер зависимости а от и..'н1ы видим, что чем меньше концентрация раствора и, тем ближе О к единице, и для очень разбавленных электролитов (и -+ 0) гг — ~ 1. В этом случае все молекулы практически диссоциированы.
Из изложенных представлений также следует, что чем больше диэлектрическая проницаемость е растворителя, тем сильнее ослабляются связи ионов в молекулах растворенного вещества и, следовательно, тем больше диссоциация при прочих равных 441 1 191 движение иОнОВ В злектРОлитАХ условиях. Это заключение также соответствует данным опыта. Так, например, соляная кислота НС1 при растворении в воде 1е = 81) дает электролит с хорошей электропровадностью, тогда как ее раствор в этиловом эфире 1е = 4,3) проводит электричество очень плохо.
Различные вещества хорошо диссоциируют в воде потому, что она имеет большую диэлектрическую проницаемость. 3 191. Движение ионов в электролитах Электролитическая диссоциация происходит не только в растворах, но и во многих чистых жидкостях. Так, электролитами являются в расплавленном состоянии многие соли, кристаллы которых построены из ионов. Сюда относятся поваренная соль ХаС1, КС1, А8С1, АеВг, НаМОэ и многие другио. 120 В Стекло является сильно переохлаж- А денной жидкостью с очень большой вязкостью.
Оно представляет собой также электролит, в котором ионы Ма+ ыиыо Хи з а обладают заметной подвижностью. На рис, 326 показан опыт, доказывающий ванную проводимость стекла. В тигле н~.ходится расплавленная чилийская селитра 1хаМОВ, в которую погружен стеклянный баллон лампы накаливания. Для опыта необходимо брать лампу пустотную, а не наполненную инертным газом, Нить лампы раскаляется настоян- рис. 326. Прохождение ным токам, а второй электрод а (из иоиоиХа сквозь отекло угля), погруженный в расплав, присоединяется к положительному концу нити. При этом раскаленная середина нити оказывается при отрицательном потенциале относительно расплава. При накаливании нити лампы амперметр А показывает наличие тока в цепи.
1хаХОз диссоцнирует на ионы Ха+ и ХО . Ионы Уа+ движутся от анода а к стеклу лампы и проходят сквозь стекло. Внутри лампы имеется чисто электронный ток термозлектронной эмиссии. Термозлектроны нейтрализуют заряд Ха+, отчего эти ионы превращаются в нейтральные атомы Ма, выделяющиеся на стенке баллона внутри лампы. Под влиянием высокой температуры этот натрий затем перегоняется на более холодные части баллона, где образуется ясно видимый зеркальный слой натрия. Ионы в электролитах испытывают многочисленные соударения с другими молекулами, и поэтому их движение происходит с трением, которое имеет то же происхождение, чта и трение 442 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ ГЛ ХЧШ при движении больших макроскопических тел, движущихся в газе или жидкости.
Как известно, сила трения, испытываемая телами при движении в жидкостях и газах, при малой скорости движения пропорциональна скорости. Аналогично сила трения иона пропорциональна скорости и его упорядоченного движения и равна — уи, где 1" — коэффициент трения, различный для разных ионов и зависягций от рода растворителя и температуры.
При наличии электрического поля ион приобретает такую скорость установившегося движения, 4' Л при которой сумма силы трения и силы сЕ со стороны поля равна нулю: еŠ— 7'и = О. Обозначая е/1 через Ь,имеем о = ЬЕ. (191. 1) Таким образом, электролитический ион ~ ~~ Й~'~ движется равномерно, со скоростью, пропорциональной напряженности поля. Величина Ь (так же, как для ионов в газах и электронов в металлах) называется подвижное«пью ионов.
Она равна скорости иона в поле с напряженностью, равной единице. Пользуясь тем, что некоторые ионы сообщают раствору определенную окраску, можно сделать видимым движение ионов и непосредственно измерить их скорость. Прибор для наблюдения движения таких «окрашенныхь ионов изображен на рис. 327. К 1хобразной трубке А припаяна снизу изогнутая тонкая трубка Б, заканРис 327 Прибор дли чиВаюгцаяся сВерху Воронкой и снабженоири еиимх иоиои ная краном. В трубку А сначала наливают при закрытом кране водный раствор азотнокислого калия КрсОз, который диссоциирует на катионы К+ и анионы ХОз, а трубку Б заполняют через воронку водным раствором марганцевокислого калия КМп04, диссоциирующего на ионы К и Мп04.
Затем, осторожно открывая кран, впускают в трубку А раствор КМп04. При тщательном выполнении атой операции в трубке А видна резкая граница между фиолетовым раствором КМп04 и бесцветным КЬ10з. При пропускании тока ионы К+ в обоих растворах движутся от анода к катоду. Однако, так как ионы К+ не сообщают раствору окраски, за их движением следить нельзя. Ионы Мп04 движутся от като- 443 $192 ПРОВОДИМОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИТОВ да к аноду и вместе с ними перемещается фиолетовая окраска. Поэтому в том колене, где находится катод, видимая граница раздела жидкостей понижается, а в другом колене повышается.
Скорость перемещения этой границы равна скорости движения ионов и. Для успеха подобных опытов нужно, чтобы плотность тока была не слишком велика, так как в противном случае будет происходить заметное нагревание растворов и граница раздела будет размываться вследствие конвекции и диффузии. 8 192. Проводимость электролитов у+ — — п».еи», где пч. -- концентрация положительных ионов, е -- заряд иона, и+ — дрейфовая скорость положительных ионов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
