книги из ГПНТБ / Основы гальванотехники П. М. Вячеславов. 1960- 9 Мб

металлы. Другие вещества, например резина, спирт, бензол, неэлектропроводны.

Вещества, проводящие электрический ток, назы­ ваются электролитами. Таким образом, водные растворы кислот, оснований и солей являются электролитами.

Электропроводности?водных растворов кислот, ос­ нований и солей объясняет теория электролитической диссоциации. Основные положения этой теории за­ ключаются в следующем.

Электролиты при растворении в воде частично или полностью распадаются на положительно и отрица­ тельно заряженные ионы. Так, например, хлористый натрий образует в растворе положительно заряжен­

ный ион натрия Na+ и отрицательно заряженный ион

хлора СПИоны могут быть „простыми" и „сложными". „Про­

стой" ион образуется из одного атома. Например, ион хлора С1“ является „простым" ионом. Ион, образо­ вавшийся из нескольких атомов, называется „сложным^. Примером „сложного" иона может служить ион NO3,

присутствующий в водном растворе азотной кислоты.

з

Ионы свободно и беспорядочно передвигаются в растворе в разных направлениях. Они обладают свойствами, отличными от свойств образовавших их атомов. Так, например, атомы натрия взаимодействуют с водой, выделяя при этом водород и образуя в рас­ творе едкий натр. Ионы натрия при соединении с водой не образуют указанных продуктов. Газообраз­ ный хлор имеет желто-зеленый цвет и резкий запах. Ионы хлора бесцветны и не обладают запахом.

Распад молекул электролита на ионы под действием растворителя называется электролитической диссоциацией.

Этот процесс происходит не только в воде, но и в некоторых других жидкостях. Исследование свойств растворов электролитов показывает, что диссоциация молекул не протекает полностью. В концентрирован­ ных растворах присутствуют главным образом недиссоциированные молекулы. В сильно разбавленных растворах почти все молекулы электролита диссо­ циированы.

Отношение числа диссоциированных молекул к общему числу растворенных молекул называется степенью диссоциа­ ции электролита. Так, например, если из каждых 100 молекул хлористого натрия, которые были раство­ рены в воде, 70 молекул распались на ионы, то степень диссоциации электролита равна 0,7, или 70%. Электро­ литы, хорошо диссоциирующие на ионы, называются сильными электролитами. К слабым электролитам относятся те, которые образуют в растворе лишь небольшое число ионов. Сильными электролитами являются такие кислоты, как, например, соляная, сер­ ная, азотная, почти все соли и щелочи (кроме NH4OH). К слабым электролитам относятся такие кислоты, как, например, угольная кислота Н2СО3, борная кислота Н3ВО3. По этой причине растворы серной кислоты хорошо проводят ток, а растворы угольной кислоты — плохо.

Вода является очень слабым электролитом. Она лишь в незначительной степени диссоциирована на ионы водорода и гидроксила по уравнению:

Н2О Z Н+ + он-

4

В химически чистой воде концентрация свободных ионов водорода и гидроксила ничтожно мала, и их присутствие может быть обнаружено только очень чувствительными приборами.

Теория электролитической диссоциации позволила объяснить сущность явлений, происходящих при про­ пускании электрического тока через раствор элек­ тролита.

Рассмотрим электролиз водного раствора хлори­ стого цинка ZnCl2. В водном растворе молекулы этой соли диссоциируют на положительно заряженные ионы цинка и отрицательно заряженные ионы хлора:

ZnCl2 X Zn++ 4-2С1-

Ионы цинка и ионы хлора находятся в растворе в непрерывном хаотическом движении.

При включении тока разноименно заряженные ионы начинают испытывать на себе притяжение электродов: ионы цинка передвигаются к отрицательному полюсу — катоду, а ионы хлора к положительному полюсу — аноду.

Из электротехники известно, что электрический ток в проводниках представляет собой движение электро­ нов от отрицательного полюса источника тока к по­ ложительному. Положительные ионы цинка, подойдя к катоду, будут забирать от него электроны и пре­ вращаться в нейтральные атомы, т. е. восстанавли­ ваться. Так как ион цинка имеет два положительных заряда, то он снимает с катода два электрона. Этот процесс можно изобразить следующим уравнением:

Zn++ + 2е Zn.

Отрицательные ионы хлора, соприкасаясь с анодом (имеется в виду нерастворимый анод), будут отдавать ему электроны, т. е. окисляться, и образовывать ней­ тральные атомы. Процесс окисления иона хлора в атом хлора выражается уравнением:

С1--> С1 + «.

Таким образом, при прохождении электрическоготока через раствор электролита

5

2. Законы Фарадея

Английский физик Фарадей установил следующие законы электролиза.

1. Весовое количество выделяемого при электролизе вещества прямо пропорционально количеству про­ шедшего через раствор электричества.

Например, если при прохождении тока силой 1 а за 1 час на катоде выделится 10 г какого-либо ве­ щества, то при прохождении тока силой 10 а в тече­ ние 1 часа этого вещества должно выделиться 100 г.

Рис. 1. Схема установки для иллюстрации второго закона Фарадея.

2. При пропускании одинакового количества электри­ чества через растворы различных электролитов коли­ чества каждого из выделившихся веществ пропор­ циональны их химическим эквивалентам.

Для иллюстрации этого закона проделывают сле­ дующий опыт.

Электрический ток пропускают через ряд рас­ творов электролитов, например через раствор соляной кислоты, медного купороса, станната натрия и хромо­ вой кислоты. Растворы помещают в стаканы, в каж­ дый из которых погружают два электрода: катод и анод (рис. 1). Чтобы обеспечить прохождение со­ вершенно одинаковых количеств электричества через все растворы, электроды соединяют последовательно. Оказывается, что за время, в течение которого из раствора соляной кислоты выделяется 1 ? водорода,

7

Так как эквивалентный вес равен атомному весу, деленному на валентность, то нетрудно усмотреть, что выделившиеся количества равны их грамм-эквива­ лентам. (Грамм-эквивалентом называется число грам­ мов вещества, равное его эквиваленту.)

Измерение количеств выделившихся веществ у ано­ дов дает те же самые результаты. Так, в первом

96500 кулонов электричества (так называемое число, Фарадея). В практических расчетах трудно пользо­ ваться кулоном (1 ампер-секунда), так как продолжи­ тельность гальванического процесса исчисляется ча­ сами или долями часа. Ампер-час более удобная еди­

количества электричества выделяется 1 грамм-экви­ валент вещества, то при прохождении 1 а-ч выделится вещества в 26,8 раза меньше. Эта величина назы­ вается электрохимическим эквивалентом.

Следовательно, зная атомный вес и валентность, можно определить электрохимический эквивалент, ко­

торый будет равен:

_ А

а~ п-26,8’

где а — электрохимический эквивалент, в г{а-ч\ А — атомный вес; п — валентность.

8