Учебник - Трактат об электричестве и магнетизме Том 1 - Джеймс К.М. (1238775), страница 76
Текст из файла (страница 76)
е. в том месте, где ток входит в электролит, а другая компонента, называемая Катионом, появляется на Катоде, т. е. в том месте, где ток выходит из электролита. Полное исследование электролиза есть в равной мере задача Химии и науки об Электричестве. Мы проведем его рассмотрение с точки зрения науки об электричестве, не обсуждая приложений к теории строения химических соединений.
Из всех электрических явлений электролиз, по-видимому, в наибольшей степени позволяет нам проникнуть в истинную природу электрического тока, потому что здесь мы находим потоки обычного вещества и токи электричества, составляющие важные стороны одного и того же явления. По-видимому, именно по этой самой причине при современной неполноте наших представлений об электричестве теории электролиза являются столь неудовлетворительными, Основной закон электролиза, установленный Фарадеем и подтвержденный к настоящему времени в опытах Бетца (Вее1г), Гитторфа (Н!1!ог() и других, состоит в следующем.
Глава !Ч. Злектролиз 305 Числа электрохимических эквивалентов электролита, разложенных при прохождении электрического тока в течение заданного времени, равно числу единиц электричества, которые перенесены током за то же время. Электрохимический эквивалент вещества — это такое количество вещества, которое разлагается в процессе электролиза единичным током, проходящим через вещество за единицу времени, или, другими словами, при прохождении единицы электричества. Если единица электричества определена в абсолютной системе, то абсолютное значение электрохимического эквивалента для каждого вещества может быть выражено в гранах или граммах. Электрохимические эквиваленты различных веществ пропорциональны их обычным химическим эквивалентам.
Однако обычные химические эквиваленты представляют собой всего лишь численные соотношения, в которых вещества соединяются, в то время как электрохимические эквиваленты — это определенные количества вещества, зависящие от выбора единицы электричества. Каждый электролит состоит из двух компонентов, которые в процессе электролиза появляются в тех местах, где ток входит в электролит и выходит из него, и нигде больше, Следовательно, если мы представим себе некоторую воображаемую поверх ность внутри электролита, то количество электролиза, идущего через эту поверхность, выраженное числом электрохимических эквивалентов каждого иэ компонентов, которые переносятся через эту поверхность в противоположных направлениях, будет пропорционально полному электрическому току через поверхность.
Таким образом, реальный перенос ионов через вещество электролита в противоположных направлениях — это часть явления проводимости при прохождении электрического тока через электролит. В каждой точке электролита, через который идет электрический ток, существуют два взаимно противоположных потока вещества, состоящие один из анионов, другой из катионов, имеющие те же линии тока, что и электрический ток, и пропорциональные ему по величине.
Поэтому чрезвычайно естественно предположить, что токи ионов — это токи, переносящие электричество, и, в частности, что каждая молекула катиона заряжена определенным фиксированным количеством положительного электричества, и это количество одинаково для молекул всех катионов, а каждая молекула аниона заряжена равным по величине количеством отрицательного электричества.
Тогда движение ионов в противоположных направлениях через электролит дает полное физическое описание электрического тока. Мы можем сравнить это движение ионов с движением жидкостей и газов друг через друга в процессе диффузии. Между этими двумя процессами имеется та разница, что при диффузии различные вещества только перемешиваются и смесь не является однородной, в то время как при электролизе они находятся в химической связи и электролит однороден.
При диффузии причиной, определяющей движение вещества в данном направлении, является уменьшение количества этого вещества на единицу объема в этом направлении. При электролизе же движение каждого иона вызывается электродвижущей силой, действующей на заряженные молекулы. 256. Клаузиус ', который много занимался теорией молекулярных движений х Рода. Алл„С!, р. 338 (1857). 306 Часть 1Ь Эаектрокииематика в твердых телах, полагает, что молекулы всех тел находятся в состоянии постоянного движения, но что в твердых телах каждая молекула никогда не уходит дальше некоторого расстояния от своего начального положения, в то время как молекула жидкости, пройдя некоторое расстояние от своего начального положения, равно может как двинуться еще дальше, так и двинуться назад. Таким образом, молекулы жидкости, кажущейся неподвижной, непрерывно меняют свое положение, переходя нерегулярным образом от одной части жидкости к другой.
В химически сложной жидкости, как полагает Клаузиус, молекулы не только путешествуют указанным образом, но, кроме того, между сложными молекулами происходят соударения, в результате которых составляющие их более простые молекулы часто отделяются и меняют своих партнеров, так что один и тот же отдельный атом может быть в один момент времени связан с одним атомом другого вида, а в другой момент времени — с другим. Этот процесс, по мнению Клаузиуса, протекает в жидкости все время, но когда на жидкость действует электродвижущая сила, то движение молекул, в котором до этого не было никакого выделенного направления, начинает испытывать влияние этой электродвижущей силы, так что положительно заряженные молекулы больше стремятся двигаться к катоду, чем к аноду, а отрицательно заряженные молекулы больше стремятся двигаться в противоположном направлении.
Поэтому молекулы катиона в течение того времени, когда они свободны, пробиваются к катоду, но при этом все время задерживаются в пути, соединяясь на время с молекулами аниона, которые тоже пробиваются сквозь толпу, но в противоположном направлении. 257. Зта теория Клаузиуса позволяет нам понять, как получается, что хотя для реального разложения электролита нужна электродвижущая сила конечной величины, тем не менее прохождение тока через электролит подчиняется закону Ома, так что любая электродвижущая сила в электролите, даже самая малая, вызывает пропорциональный по величине ток.
По теории Клаузиуса, разложение и восстановление электролита происходит непрерывно, даже в отсутствие тока, поэтому самая малая электродвижущая сила оказывается достаточной для того, чтобы придать этому процессу некоторую степень направленности и тем самым вызвать токи ионов, а следовательно, и электрический ток, который составляет часть того же самого явления. Однако внутри электролита ионы никогда не бывают свободны в конечном количестве, и именно для освобождения ионов и нужна конечная электродвижущая сила. Ионы накапливаются у электрода, так как последовательные порции ионов пв мере появления у электродов, вместо того чтобы найти молекулы противоположных ионов, готовые с ними соединиться, вынуждены пребывать в обществе себе подобных молекул, с которыми они соединиться не могут. Для того чтобы могло происходить это явление, электродвижущая сила должна иметь конечную величину.
При этом также возникает электродвижущая сила противоположного знака, которая вызывает обратный ток, если убрать другие электродвижущие силы. Когда наблюдается эта обратная электродвижущая сила, вызванная скоплением ионов у электрода, говорят, что электроды Поляризованы. 258. Один из лучших методов определения того, является некоторое тело электролитом или нет, состоит в том, что тело помещается между двумя платиновыми электродами и через него в течение некоторого времени пропускается элек- Глава ЪЧ. Электропил 307 трический ток.
Затем электроды отъеднняются от гальванической батареи и соединяются с гальванометром, для того чтобы наблюдать, идет ли через гальванометр обратный ток, вызванный поляризацией электродов. Такой ток, вызванный накоплением разных веществ на двух электродах, служит доказательством того, что исследуемое вещество было разложено электролитически при прохождении первичного тока от батареи. Этот метод часто можно применять в тех случаях, когда трудно определить наличие продуктов разложения на электродах прямыми химическими методами (см. п.
27!). 259. В отношении тех вопросов, которые мы уже рассмотрели, теория электролиза выглядит вполне удовлетворительно. Она объясняет электрический ток, природа которого нам непонятна, связывая его с потоками составляющих электролит материальных компонентов, движение которых, хотя и невидимое глазу, может быть легко продемонстрировано. Как показал Фарадей, теория четко объясняет, почему электролит, который проводит электричество в жидком состоянии, становится непроводящим при затвердевании.
Действительно, пока молекулы не могут перемещаться из одной части в другую, электролитическая проводимость не может иметь места, и для того, чтобы быть проводником, вещество должно быть в жидком состоянии — раствором или расплавом. Но если пойдем дальше и примем, что молекулы ионов в электролите действительно заряжены некоторыми определенными количествами электричества, положительными или отрицательными, так что ток в электролите есть просто ток переноса, мы увидим, что это заманчивое предположение ставит нас на очень скользкую почву. Прежде всего мы должны принять, что в любом электролите каждая молекула катиона, когда она освобождается у катода, передает катоду заряд положительного электричества, количество которого одно и то же у всех молекул, не только данного катиона„но у всех других катионов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
