Электрический ток в электролитах

Чистые жидкости в основном являются плохими проводниками электричества, поскольку состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Существует, однако, особая группа жидкостей, называемых электролитами, которые хорошо проводят ток. К ним относятся растворы солей, кислот и щелочей в воде и некоторых других жидкостях. Это вызвано тем, что молекулы растворенного вещества диссоциируют, т. е. распадаются на положительные и отрицательные ионы, которые являются носителями электрического тока. Явление это называется электролитической диссоциацией и обусловлено двумя причинами: тепловым движением и взаимодействием полярных молекул растворяемого вещества, состоящих из взаимосвязанных ионов, с полярными молекулами растворителя. Это ослабляет связь между ионами и облегчает разрыв этой связи при столкновении молекулы растворенного вещества с достаточно быстро движущейся молекулой растворителя.

Коэффициентом (степенью) диссоциации a называется отношение числа молекул , диссоциировавших на ионы, к общему числу молекул растворенного вещества:

. (59.1)

Из формулы (59.1) следует, что концентрация ионов зависит от степени диссоциации молекул растворенного вещества.

Плотность тока j в жидкостях равна сумме плотностей токов положительных и отрицательных ионов:

.

Обозначим как концентрацию ионов каждого знака в растворе. Тогда в соответствии с формулами (55.3) и (55.9) для плотностей тока можно записать:

,

,

, (59.2)

где – модуль заряда ионов, и – подвижности положительных и отрицательных ионов, Е - напряженность электрического поля в электролите.

Подвижности положительных и отрицательных ионов различны и обычно невелики.

Выражение (59.2) с учетом формулы (59.1) можно преобразовать к виду

. (59.3)

Подвижность ионов в очень широких пределах не зависит от напряженности. Значение коэффициента диссоциации a также в очень широких пределах не зависит от напряженности поля Е. Следовательно, вплоть до напряженностей в миллионы вольт на сантиметр плотность тока пропорциональна напряженности поля, т. е. формула (59.3) выражает законОма в дифференциальной форме (54.6). Соответственно удельная электрическая проводимость раствора равна

(59.4)

При небольшой концентрации раствора коэффициент диссоциации является величиной постоянной, сумма подвижностей ионов также приблизительно постоянна. Значит, при малой концентрации раствора его удельная проводимость пропорциональна концентрации. При нагревании проводимость электролитов увеличивается, во-первых, за счет увеличения коэффициента диссоциации a и, во-вторых, за счет увеличения подвижности по причине уменьшения вязкости жидкостей.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается явлением электролиза – выделением на электродах составных частей растворенных веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций. В отличие от металлических проводников (проводников первого рода), ток в электролитах (проводниках второго рода) связан с переносом вещества.

Электропроводность жидкостей используется в технических устройствах и технологических процессах.

Дата добавления: 2014-01-05