Струм в електролітах
У цій темі завжди використовується так багато хімічних понять, що її слід було б перенести в розділ “Електрохімія”, якби не два “але”. По-перше, жодне переносний пристрій типу плеєра або фотокамери не працює без “батарейок” – сухих гальванічних елементів. Подруге, в деяких підручниках досі можна зустріти фразу типу “під дією електричного струму в електроліті позитивні протони віддають свої заряди мідному електроду і перетворюються на водень”. Погодитися з цим неможливо. Протон не може віддати свій заряд, тому що він сам і є заряд. Крім того, в електроліті немає іншого струму, крім руху протонів (і аніонів). Тому ми постараємося розібратися в електролізі хоча б з поваги до великого фізику Майклу Фарадею, який придумав поняття поля, відкрив закони електролізу і багато іншого.
Електролізом називається проходження електричного струму через провідну рідину – електроліт. До електролітів належать розчини солей, кислот, лугів та інших речовин, що розпадаються у воді на іони. Наприклад, сірчана кислота при розчиненні у воді розпадається на два протони і негативно заряджений іон SO4. (Ми попереджали, що тут буде більше хімії, ніж фізики). Так як в побуті нам частіше доводиться міняти “батарейки”, розглянемо процеси, що відбуваються в гальванічному елементі.
Уявімо скляний стакан, в який налили водний розчин сірчаної кислоти. Стакан накрили кришкою, крізь яку пропустили два електроди, мідний і цинковий. Якщо до електродів підключити вольтметр (прилад для вимірювання напруги), то він покаже різницю потенціалів трохи більше 1 В. Звідки вона взялася? В електроліті позитивні протони і негативні іони SO4 оточують електроди, в яких є вільні електрони, причому в міді їх більше, ніж в цинку. Ці електрони скачуть у всіх напрямках, в тому числі і до поверхні електрода. Коли на поверхні електрода з’являється вільний, негативно заряджений електрон, до нього відразу прилипає позитивний протон. Протон захоплює електрон і перетворюється на нейтральний атом водню. Так як мідь має вільних електронів більше, ніж цинк, значить, при однаковій температурі електрони частіше з’являються на мідному електроді, і частіше захоплюються протонами. Ми вже знаємо, що якщо з поверхні тіла видалити частину електронів, тіло зарядиться позитивно (згадаймо електризацію тіла тертям). Таким чином, мідний електрод заряджається позитивно щодо цинкового і всередині електроліту досить скоро виникає електричне поле, спрямоване від мідного електрода до цинкового. Це поле уповільнює приплив протонів до мідного електроду. Коли різниця потенціалів на електродах досягає максимуму, струм у електроліті припиняється. У відсутність струму різниця потенціалів дорівнює е. р. с. Вимірювання показують, що е. р. с. такого гальванічного елемента становить 1,1-1,2 В.
Для підвищення е. р. с. хімічного джерела мідний електрод замінюють вугільним, а замість кислоти застосовують пасту з крохмалю, просоченого хлористим амонієм. Крім того, для видалення виділяється водню, який знижує е. р. с., вугільний електрод занурюють у перекис марганцю. Завдяки цим заходам вдається отримати в вугільно-цинковій елементі е. р. с. близько 1.5 В, що зовсім непогано. Такі гальванічні елементи в побуті називаються “батарейки”. Вони випускаються у величезних кількостях і продаються скрізь.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)