Інформація про новину
  • Переглядів: 341
  • Дата: 2-07-2020, 04:00
2-07-2020, 04:00

6. Elektromos áram az elektrolitokban. Elektrolízis

Категорія: Tankönyvek magyar » Fizika





Попередня сторінка:  5. Elektromos áram a fémekben
Наступна сторінка:   7. Elektromos áram a gázokban

A rajzon látható ékszer valójában nem aranyból készült, ezüstből állították elő, felületére pedig elektrokémiai úton - elektrolízissel - 6 mikron vastag aranyréteget vittek fel. A gépkocsi felnijét alumíniumötvözetből gyártották, amelynek csillogását a felületére felvitt krómréteg biztosítja. Az alumíniumgyártás, a termékek felszínének krómozása mind-mind elektrolízis. A következő paragrafusban az elektrolízisről és alkalmazásáról olvashattok.

Idézzük fel!

Elektrolitikus disszociáció (lat. dissociatio — szét-választódás) - anyag ionokra bomlása az oldószer poláris molekuláinak hatására.

Amikor például a konyha-sókristály vízbe kerül, a víz poláris molekulái körülveszik a nátrium- és klór-ionokat, majd elkülönítik azokat a kristályrácstól.

Ennek eredményeként az oldatban szabad töltött részecskék — pozitív és negatív ionok — jelennek meg.

Mi az elektromos áram az elektrolitokban?

Elektrolitoknak azokat a szilárd testeket vagy folyadékokat nevezzük, amelyek ionok révén elektromos áram vezetésére képesek.

A szilárd testek ionos vezetőképessége nagyon bonyolult, ezért csak a cseppfolyós elektrolitok vezetőképességét fogjuk vizsgálni.

A sók, savak és lúgok oldódás közben különálló ionokra esnek szét. Ezt a jelenséget elektrolitikus disszociációnak (lásd a bal oldalon lévő szöveget), az adott anyagok keverékét pedig elektrolitoknak nevezik.

Az anyag felbomlása nem csak oldószer hatására mehet végbe. Egyes savak és fém-oxidok a hőmérséklet jelentős emelkedésével is ionokra bomlanak szét. Ezért ezeknek az anyagoknak a keveréke szintén elektrolit.

Elektromos tér hiánya esetén az ionok kaotikus hómozgást végeznek. Ha azonban az elektrolitot külső elektromos térbe helyezzük, az ionok, ahogy a szabad elektronok is, a hatóerő irányában sodródnak: a pozitív ionok (kationok) a negatív elektróda (katód) felé, a negatív ionok (anionok) pedig a pozitív elektróda (anód) felé. Vagyis az oldatban elektromos áram jön létre.

Az elektromos áram az elektrolitok oldatában a szabad ionok irányított mozgása.

Megjegyezzük, hogy a hőmérséklet növekedésével az elektrolitban lévő ionok száma jelentősen megnövekszik, ezért az effektív ütközések ellenére csökken az elektrolit ellenállása (6.1. ábra).

Mi az elektrolízis?

Az elektromos áram elektrolitokban azzal jellemezhető, hogy az ionok az elektrolit kémiai összetevőit szállítják és azok az elektródákon szilárd réteg formájában vagy gáznemű halmazállapotban válnak ki.

Ha például réz-klorid vizes oldatán keresztül áram folyik, a kátéd felszínét vékony rézréteg fedi be, az anód mellett pedig klór szabadul fel. Ez a folyamat azért történik így, mert mialatt az áram a réz-klorid oldatán átfolyik, a réz szabad pozitív ionjai (Cu2+) a kátéd felé, a szabad negatív klórionok (Cl-) pedig az anód felé igyekeznek (6.2. ábra).

Miután elérték a katódot, a réz kationjai „elveszik” annak felszínéről a szükséges elektronokat — redukciós kémiai reakció történik: a réz kationjai semleges atomokká alakulnak, és a kátéd felszínén réz csapódik ki. Ezzel egyidejűleg a klór anionjai, elérve az anód felszínét, leadják a fölös elektronokat - oxidációs kémiai reakció történik: a klór anionjai semleges atomokká alakulnak át, és az anódon klór jelenik meg.

Elektrolízisnek azt a folyamatot nevezzük, amikor oxidációs-redukciós reakciók kíséretében az elektródákon az áram hatására anyagkiválás történik.

Faraday elektrolízis törvényei

Az elektrolízis jelenségét elsőként Michael Faraday (1791—1867) angol fizikus tanulmányozta részletesebben. Az elektrolízis során az elektródákon kicsapódó anyag tömegét megmérve a tudós megfogalmazta az elektrolízis két törvényét.

Faraday elektrolízis törvényei

Az elektrolízis első törvénye

Az elektrolízis második törvénye

Az elektródán az elektrolízis folyamán lerakodott anyag tömege egyenesen arányos az I áramerősséggel és az elektroliton való áthaladás t időtartamával:

Az anyag k elektrokémiai egyenértéke egyenesen arányos az elem M mól tömegének és n vegyértékének az arányával:

ahol q - az elektroliton áthaladó töltés; k -arányossági együttható, amelyet az anyag elektrokémiai egyenértékének neveznek:

ahol F — Faraday-állandó, ami az elektron töltése modulusának és az Avogad-ro-féle számnak a szorzatával egyenlő:

Az elektrokémiai egyenértéket kísérleti úton határozzák meg, majd táblázatba foglalják (lásd az 1. függeléket).

Tehát a Faraday-állandó egy mól elektron töltésével egyenlő.

Hol alkalmazzák az elektrolízist?

Az elektrolízist széles körben alkalmazzák a modern technikában, különösen felületek polírozásában, savas és alkáli elemek feltöltésében, tiszta hidrogén (vízelektrolízis) és többféle fém előállításában.

Gyakoroljuk a feladatok megoldását!

Feladat. Szennyezet réz tisztítására olyan rézlemez szolgál anódként, amelyben 12% szennyeződés található. Mennyi elektromos energiára van szükség 2 kg ilyen összetételű réz megtisztítására, ha a folyamat 0,5 V feszültség mellett megy végbe?

A fizikai probléma elemzése. A szükséges energiamennyiség megegyezik az áram munkájával:

ahol q — az elektroliton a tisztítás alatt átmenő töltés. Faraday első törvénye alapján meghatározzuk a q töltést és a réz (Cu2+) elektrokémiai egyenértékének táblázati adata alapján (lásd az 1. függeléket) kiszámítjuk a keresett mennyiséget.

Összegezés

Az elektromos áram az elektrolitokban — szabad pozitív és negatív ionok irányított mozgása. Elektrolízisnek azt a folyamatot nevezzük, amikor oxidációsredukciós reakciók kíséretében az elektródákon az áram hatására anyagkiválás történik.

Az elektrolízis első törvénye: az elektródán az elektrolízis folyamán lerakodott anyag tömege egyenesen arányos az áramerősséggel és az elektroliton való áthaladás időtartamával: m=klt, ahol k — az anyag elektrokémiai egyenértéke.

Az elektrolízis második törvénye: az anyag k elektrokémiai egyenértéke egyenesen arányos az elem mól tömegének és n vegyértékének az arányával:

Faraday-állandó.

Ellenőrző kérdések

1. Miben nyilvánul meg az elektrolitikus disszociáció folyamata? Mondjatok példákat! 2. Mi az elektrolízis? 3. Mi az elektromos áram az elektrolitok oldataiban és vegyületeiben? 4. írjátok le az elektrolízis folyamatát! 5. Fogalmazzátok meg Faraday törvényeit! 6. Mondjatok példákat elektrolízis alkalmazására!

6. gyakorlat

1. Réz-szulfát (CuS04) oldatán keresztül hosszabb ideig elektromos áramot engednek át. Hogyan változik meg a kátédon egységnyi idő alatt kicsapódó réz tömege, ha az elektródákon a feszültség állandó?

2. Töltsétek ki a táblázatot!*

* Érthető, hogy ebben és az ehhez hasonló feladatokban a táblázatokat át kell rajzolni a füzetbe.

Két azonos nagyságú edény ezüst-nitrát oldatot tartalmaz. Az 1 edényben az oldat koncentrációja nagyobb, mint a 2-ban. Határozzátok meg, melyik edény katódján csapódik ki több ezüst, ha az edényeket: a) sorosan, b) párhuzamosan kötik össze!

4. Az 1. ábrán elektromos berendezés rajza látható, melynek egyik eleme cink-szulfát vizes oldatát tartalmazó edény. Az elektródákon lévő feszültség 2 V; a cink sűrűsége 7100 kg/m3. Határozzátok meg:

a) melyik elektróda a katód, és melyik az anód;

b) melyik elektródán csapódik ki a cink;

c) mennyi idő alatt keletkezik az elektródán 6,8 mkm vastagságú cinkréteg, és mennyi energiára van ehhez szükség!

5. Tudjátok meg részletesebben, mi az elektrolízer (2. ábra)! Miben tér el az elektrolízer az elekt-rolitikus fürdőtől?

 

 

Fizika tankönyv 11. osztályosok szerzők Dovgy, Baryakhtar, Loktev

 



Попередня сторінка:  5. Elektromos áram a fémekben
Наступна сторінка:   7. Elektromos áram a gázokban



^