Utumiaji wa vitendo wa sasa wa umeme katika vinywaji. Umeme wa sasa katika vinywaji. Harakati ya malipo, anions cations. Utekelezaji wa vitendo wa electrolysis

Kimiminiko, kama dutu nyingine yoyote, inaweza kuwa kondakta, halvledare na dielectri. Kwa mfano, maji ya distilled yatakuwa dielectric, na ufumbuzi wa electrolyte na melts itakuwa conductors. Semiconductors itakuwa, kwa mfano, seleniamu iliyoyeyuka au sulfidi huyeyuka.

Uendeshaji wa Ionic

Kutengana kwa elektroliti ni mchakato wa kutengana kwa molekuli za elektroliti ndani ya ioni chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme wa molekuli za maji ya polar. Kiwango cha mtengano ni uwiano wa molekuli zilizotenganishwa kuwa ioni katika solute.

Kiwango cha kujitenga kitategemea mambo mbalimbali: joto, mkusanyiko wa ufumbuzi, mali ya kutengenezea. Wakati joto linapoongezeka, kiwango cha kutengana pia kitaongezeka.

Baada ya molekuli kugawanywa katika ions, huenda kwa nasibu. Katika kesi hii, ioni mbili za ishara tofauti zinaweza kuungana tena, ambayo ni, kuchanganya tena katika molekuli zisizo na upande. Kwa kutokuwepo kwa mabadiliko ya nje katika suluhisho, usawa wa nguvu unapaswa kuanzishwa. Pamoja nayo, idadi ya molekuli zilizooza kuwa ioni kwa kila kitengo cha wakati itakuwa sawa na idadi ya molekuli ambazo zitaungana tena.

Kuchaji flygbolag katika ufumbuzi wa maji na melts electrolyte itakuwa ions. Ikiwa chombo kilicho na suluhisho au kuyeyuka kinajumuishwa kwenye mzunguko, basi ions zilizochajiwa vyema zitaanza kuelekea cathode, na hasi - kuelekea anode. Kama matokeo ya harakati hii, mkondo wa umeme utatokea. Aina hii ya upitishaji inaitwa upitishaji wa ionic.

Mbali na conductivity ya ionic katika vinywaji, inaweza pia kuwa na conductivity ya elektroniki. Aina hii ya conductivity ni tabia, kwa mfano, ya metali kioevu. Kama ilivyoelezwa hapo juu, katika uendeshaji wa ionic, kifungu cha sasa kinahusishwa na uhamisho wa jambo.

Electrolysis

Vitu ambavyo ni sehemu ya elektroliti vitakaa kwenye elektroni. Utaratibu huu unaitwa electrolysis. Electrolysis ni mchakato wa kutolewa kwa dutu kwenye elektrodi, inayohusishwa na athari za redox.

Electrolysis imepata matumizi makubwa katika fizikia na teknolojia. Kwa msaada wa electrolysis, uso wa chuma moja hufunikwa na safu nyembamba ya chuma kingine. Kwa mfano, chrome na nickel mchovyo.

Kutumia electrolysis, unaweza kupata nakala kutoka kwa uso wa misaada. Kwa hili, ni muhimu kwamba safu ya chuma ambayo inakaa juu ya uso wa electrode inaweza kuondolewa kwa urahisi. Kwa kufanya hivyo, grafiti wakati mwingine hutumiwa kwenye uso.

Mchakato wa kupata mipako kama hiyo inayoweza kuganda kwa urahisi inaitwa electroplating. Njia hii ilitengenezwa na mwanasayansi wa Kirusi Boris Jacobi katika utengenezaji wa takwimu za mashimo kwa Kanisa Kuu la Mtakatifu Isaac huko St.

Hakika kila mtu anajua kuwa vinywaji vinaweza kuendesha nishati ya umeme kikamilifu. Na pia ni ukweli unaojulikana kuwa waendeshaji wote wamegawanywa katika vikundi kadhaa kulingana na aina zao. Tunapendekeza kuzingatia katika makala yetu jinsi umeme wa sasa unafanywa katika vinywaji, metali na semiconductors nyingine, pamoja na sheria za electrolysis na aina zake.

Nadharia ya electrolysis

Ili iwe rahisi kuelewa ni nini kiko hatarini, tunapendekeza kuanza na nadharia kwamba umeme, ikiwa tunazingatia malipo ya umeme kama aina ya kioevu, imejulikana kwa zaidi ya miaka 200. Malipo yanajumuisha elektroni binafsi, lakini hizo ni ndogo sana kwamba chaji yoyote kubwa hufanya kama mtiririko unaoendelea, kioevu.

Kama miili ya aina dhabiti, conductors kioevu inaweza kuwa ya aina tatu:

• semiconductors (selenium, sulfidi na wengine);
• dielectrics (ufumbuzi wa alkali, chumvi na asidi);
• conductors (sema, katika plasma).

Mchakato ambao electrolytes hupasuka na ions hutengana chini ya ushawishi wa shamba la molar ya umeme inaitwa kutengana. Kwa upande mwingine, uwiano wa molekuli ambazo zimeharibika katika ioni, au ioni zilizoharibika katika solute, inategemea kabisa mali ya kimwili na joto katika kondakta mbalimbali na kuyeyuka. Hakikisha kukumbuka kuwa ions zinaweza kuunganishwa au kuunganishwa tena. Ikiwa hali hazibadilika, basi idadi ya ions iliyooza na umoja itakuwa sawa.

Katika electrolytes, ions hufanya nishati, kwa sababu. zinaweza kuwa chembe chaji chanya na hasi. Wakati wa kuunganishwa kwa kioevu (au tuseme, chombo kilicho na kioevu kwenye mtandao), harakati ya chembe kwa malipo kinyume itaanza (ions chanya itaanza kuvutiwa na cathodes, na ions hasi kwa anodes). Katika kesi hiyo, nishati husafirishwa moja kwa moja na ions, hivyo aina hii ya uendeshaji inaitwa ionic.

Wakati wa aina hii ya uendeshaji, sasa inafanywa na ions na dutu hutolewa kwenye electrodes ambayo ni vipengele vya electrolytes. Kuzungumza kwa kemikali, oxidation na kupunguza hutokea. Hivyo, sasa umeme katika gesi na vinywaji husafirishwa kwa njia ya electrolysis.

Sheria za fizikia na za sasa katika vinywaji

Umeme katika nyumba na vifaa vyetu kwa kawaida hausambazwi kwa waya za chuma. Katika chuma, elektroni zinaweza kusonga kutoka atomi hadi atomi na hivyo kubeba chaji hasi.

Kama vile vimiminiko, huendeshwa kwa njia ya voltage ya umeme, inayojulikana kama voltage, iliyopimwa katika vitengo vya volt, baada ya mwanasayansi wa Italia Alessandro Volta.

Video: Umeme wa sasa katika vinywaji: nadharia kamili

Pia, mkondo wa umeme hutiririka kutoka volteji ya juu hadi voltage ya chini na hupimwa kwa vitengo vinavyojulikana kama amperes, vilivyopewa jina la André-Marie Ampère. Na kwa mujibu wa nadharia na formula, ikiwa unaongeza voltage, basi nguvu zake pia zitaongezeka kwa uwiano. Uhusiano huu unajulikana kama Sheria ya Ohm. Kwa mfano, tabia ya sasa ya pepe iko hapa chini.

Sheria ya Ohm (iliyo na maelezo ya ziada kuhusu urefu na unene wa waya) kwa kawaida ni mojawapo ya mambo ya kwanza kufundishwa katika madarasa ya fizikia, na kwa hivyo wanafunzi na walimu wengi huona mkondo wa umeme katika gesi na vimiminiko kama sheria ya msingi katika fizikia.

Ili kuona kwa macho yako mwenyewe harakati za malipo, unahitaji kuandaa chupa na maji ya chumvi, elektroni za gorofa za mstatili na vyanzo vya nguvu, utahitaji pia ufungaji wa ammeter, kwa msaada wa ambayo nishati itafanywa kutoka kwa nguvu. ugavi kwa electrodes.

Sahani zinazofanya kazi kama makondakta lazima zipunguzwe ndani ya kioevu na voltage iwashwe. Baada ya hayo, harakati ya machafuko ya chembe itaanza, lakini kama baada ya kuonekana kwa uwanja wa sumaku kati ya waendeshaji, mchakato huu utaamriwa.

Mara tu ions zinapoanza kubadilisha malipo na kuchanganya, anodes huwa cathodes, na cathodes huwa anodes. Lakini hapa unahitaji kuzingatia upinzani wa umeme. Bila shaka, curve ya kinadharia ina jukumu muhimu, lakini ushawishi mkubwa ni joto na kiwango cha kujitenga (kulingana na ambayo flygbolag huchaguliwa), na ikiwa sasa mbadala au moja kwa moja huchaguliwa. Kukamilisha utafiti huu wa majaribio, unaweza kuona kwamba safu nyembamba ya chumvi imeunda kwenye miili imara (sahani za chuma).

Electrolysis na utupu

Umeme wa sasa katika utupu na vinywaji ni suala gumu zaidi. Ukweli ni kwamba katika vyombo vya habari vile hakuna mashtaka katika miili, ambayo ina maana kwamba ni dielectric. Kwa maneno mengine, lengo letu ni kuunda hali ili atomi ya elektroni ianze harakati zake.

Ili kufanya hivyo, unahitaji kutumia kifaa cha kawaida, kondakta na sahani za chuma, na kisha uendelee kama ilivyo hapo juu.

Utumiaji wa electrolysis

Utaratibu huu unatumika katika karibu maeneo yote ya maisha. Hata kazi ya kimsingi wakati mwingine inahitaji uingiliaji wa mkondo wa umeme katika vinywaji, sema,

Kwa msaada wa mchakato huu rahisi, miili imara imefunikwa na safu nyembamba zaidi ya chuma chochote, kwa mfano, nickel plating au chromium plating. hii ni mojawapo ya njia zinazowezekana za kupambana na michakato ya kutu. Teknolojia zinazofanana hutumiwa katika utengenezaji wa transfoma, mita na vifaa vingine vya umeme.

Tunatumahi kuwa mantiki yetu imejibu maswali yote yanayotokea wakati wa kusoma uzushi wa sasa wa umeme katika vinywaji. Ikiwa unahitaji majibu bora, tunakushauri kutembelea jukwaa la mafundi wa umeme, ambapo utafurahi kushauriana bila malipo.

Kuhusiana na mali zao za umeme, vinywaji ni tofauti sana. Metali zilizoyeyushwa, kama metali katika hali dhabiti, zina upitishaji wa juu wa umeme unaohusishwa na mkusanyiko wa juu wa elektroni zisizolipishwa.

Vimiminika vingi, kama vile maji safi, pombe, mafuta ya taa, ni dielectri nzuri, kwani molekuli zao hazina umeme na hakuna vibebeshi vya malipo ya bure ndani yake.

elektroliti. Darasa maalum la vinywaji ni kinachojulikana kama elektroliti, ambayo ni pamoja na suluhisho la maji ya asidi isokaboni, chumvi na besi, kuyeyuka kwa fuwele za ionic, nk. sasa kupita. Ions hizi hutokea wakati wa kuyeyuka na wakati wa kufuta, wakati, chini ya ushawishi wa mashamba ya umeme ya molekuli za kutengenezea, molekuli za solute hutengana katika ions tofauti vyema na hasi. Utaratibu huu unaitwa kutengana kwa elektroliti.

kutengana kwa umeme. Kiwango cha kutenganisha a ya dutu fulani, yaani, uwiano wa molekuli ya solute iliyoharibika katika ions, inategemea joto, mkusanyiko wa suluhisho, na kuruhusu kwa kutengenezea. Wakati joto linapoongezeka, kiwango cha kujitenga kinaongezeka. Ioni za ishara tofauti zinaweza kuungana tena, kuungana tena katika molekuli zisizo na upande. Chini ya hali ya mara kwa mara ya nje, usawa wa nguvu huanzishwa katika suluhisho, ambayo taratibu za ujumuishaji na kujitenga hulipa fidia.

Kwa ubora, utegemezi wa kiwango cha kujitenga a kwenye mkusanyiko wa soluti unaweza kuanzishwa kwa kutumia hoja rahisi zifuatazo. Ikiwa kiasi cha kitengo kina molekuli za solute, basi baadhi yao hutenganishwa, na wengine hawajatenganishwa. Idadi ya vitendo vya msingi vya kutenganisha kwa kila kitengo cha ujazo wa suluhu ni sawia na idadi ya molekuli ambazo hazijagawanywa na kwa hivyo ni sawa na ambapo A ni mgawo kulingana na asili ya elektroliti na halijoto. Idadi ya vitendo vya kuchanganya upya inalingana na idadi ya migongano ya ioni tofauti, yaani, sawia na idadi ya ioni hizo na nyinginezo. Kwa hiyo, ni sawa na ambapo B ni mgawo ambao ni mara kwa mara kwa dutu fulani kwa joto fulani.

Katika hali ya usawa wa nguvu

Uwiano hautegemei mkusanyiko Inaweza kuonekana kuwa chini ya mkusanyiko wa suluhisho, karibu a ni umoja: katika ufumbuzi wa kuondokana sana, karibu molekuli zote za solute zimetenganishwa.

Kadiri mduara wa dielectric wa kutengenezea unavyozidi kudhoofisha vifungo vya ioni katika molekuli za solute na, kwa hiyo, kiwango kikubwa cha kujitenga. Kwa hivyo, asidi hidrokloriki hutoa electrolyte na conductivity ya juu ya umeme wakati kufutwa katika maji, wakati ufumbuzi wake katika ether ethyl ni conductor mbaya sana ya umeme.

Elektroliti isiyo ya kawaida. Pia kuna electrolytes isiyo ya kawaida sana. Kwa mfano, elektroliti ni glasi, ambayo ni kioevu kilichopozwa sana na mnato mkubwa. Inapokanzwa, kioo hupunguza na viscosity yake imepunguzwa sana. Ioni za sodiamu zilizopo kwenye glasi hupata uhamaji unaoonekana, na kifungu cha mkondo wa umeme kinawezekana, ingawa glasi ni kizio kizuri kwa joto la kawaida.

Mchele. 106. Maonyesho ya conductivity ya umeme ya kioo wakati inapokanzwa

Maonyesho ya wazi ya hii yanaweza kutumika kama jaribio, mpango ambao unaonyeshwa kwenye Mtini. 106. Fimbo ya kioo imeshikamana na mtandao wa taa kwa njia ya rheostat Wakati fimbo ni baridi, sasa katika mzunguko haifai kutokana na upinzani mkubwa wa kioo. Ikiwa fimbo inapokanzwa na burner ya gesi kwa joto la 300-400 ° C, basi upinzani wake utashuka hadi makumi kadhaa ya ohms na filament ya balbu L itakuwa moto. Sasa unaweza kufupisha balbu ya mwanga na ufunguo K. Katika kesi hii, upinzani wa mzunguko utapungua na sasa itaongezeka. Chini ya hali hiyo, fimbo itawashwa kwa ufanisi na sasa ya umeme na inapokanzwa kwa mwanga mkali, hata ikiwa burner imeondolewa.

Uendeshaji wa Ionic. Kifungu cha sasa cha umeme katika electrolyte kinaelezwa na sheria ya Ohm

Umeme wa sasa katika elektroliti hutokea kwa voltage ndogo iliyotumiwa kiholela.

Waendeshaji wa malipo katika electrolyte ni ions chaji chanya na hasi. Utaratibu wa conductivity ya umeme ya electrolytes ni katika mambo mengi sawa na utaratibu wa conductivity ya umeme ya gesi iliyoelezwa hapo juu. Tofauti kuu ni kutokana na ukweli kwamba katika gesi upinzani dhidi ya harakati za flygbolag za malipo ni hasa kutokana na migongano yao na atomi za neutral. Katika electrolytes, uhamaji wa ions ni kutokana na msuguano wa ndani - mnato - wakati wao hoja katika kutengenezea.

Wakati joto linapoongezeka, conductivity ya electrolytes, tofauti na metali, huongezeka. Hii ni kutokana na ukweli kwamba kwa kuongezeka kwa joto, kiwango cha kujitenga kinaongezeka na viscosity hupungua.

Tofauti na conductivity ya elektroniki, ambayo ni tabia ya metali na semiconductors, ambapo kifungu cha sasa cha umeme hakiambatani na mabadiliko yoyote katika muundo wa kemikali wa dutu, conductivity ya ionic inahusishwa na uhamisho wa suala.

na kutolewa kwa vitu ambavyo ni sehemu ya elektroliti kwenye elektroni. Utaratibu huu unaitwa electrolysis.

Electrolysis. Wakati dutu inapotolewa kwenye electrode, mkusanyiko wa ions sambamba katika eneo la electrolyte karibu na electrode hupungua. Kwa hivyo, usawa wa nguvu kati ya kutengana na kuunganishwa tena hufadhaika hapa: ni hapa kwamba mtengano wa dutu hutokea kutokana na electrolysis.

Electrolysis ilionekana kwanza katika mtengano wa maji kwa sasa kutoka kwa safu ya voltaic. Miaka michache baadaye, duka la dawa maarufu G. Davy aligundua sodiamu, akiitenganisha na electrolysis kutoka kwa caustic soda. Sheria za kiasi cha electrolysis zilianzishwa kwa majaribio na M. Faraday katika Wao ni rahisi kuhalalisha kulingana na utaratibu wa jambo la electrolysis.

Sheria za Faraday. Kila ayoni ina chaji ya umeme ambayo ni mgawo wa chaji ya msingi e. Kwa maneno mengine, chaji ya ioni ni , ambapo ni nambari kamili sawa na valency ya kipengele au kiwanja cha kemikali kinacholingana. Hebu ions kutolewa wakati wa kifungu cha sasa katika electrode. Chaji yao kamili ni sawa na Ioni chanya hufikia cathode na chaji yao inabadilishwa na elektroni zinazoingia kwenye cathode kupitia waya kutoka kwa chanzo cha sasa. Ioni hasi hukaribia anode na idadi sawa ya elektroni hupitia waya hadi chanzo cha sasa. Katika kesi hiyo, malipo hupita kupitia mzunguko wa umeme uliofungwa

Hebu tuonyeshe kwa wingi wa dutu iliyotolewa kwenye moja ya electrodes, na kwa wingi wa ion (atomi au molekuli). Ni dhahiri kwamba, kwa hivyo, Kuzidisha nambari na denominator ya sehemu hii kwa Avogadro mara kwa mara, tunapata.

iko wapi molekuli ya atomiki au molar, mara kwa mara ya Faraday, iliyotolewa na

Kutoka (4) inaweza kuonekana kuwa mara kwa mara ya Faraday ina maana ya "mole moja ya umeme", yaani, ni jumla ya malipo ya umeme ya mole moja ya malipo ya msingi:

Mfumo (3) una sheria zote mbili za Faraday. Anasema kwamba wingi wa dutu iliyotolewa wakati wa electrolysis ni sawia na malipo yaliyopitishwa kupitia mzunguko (sheria ya kwanza ya Faraday):

Mgawo unaitwa sawa na electrochemical ya dutu fulani na inaonyeshwa kama

kilo kwa pendant Ina maana ya kurudia kwa malipo maalum ya ion.

Kieletrokemikali sawa na ni sawia na kemikali sawa ya dutu hii (sheria ya pili ya Faraday).

Sheria za Faraday na malipo ya msingi. Kwa kuwa wakati wa Faraday dhana ya asili ya atomiki ya umeme haikuwepo, ugunduzi wa majaribio wa sheria za electrolysis ulikuwa mbali na mdogo. Kinyume chake, ilikuwa ni sheria za Faraday ambazo kimsingi zilitumika kama uthibitisho wa kwanza wa majaribio ya uhalali wa mawazo haya.

Upimaji wa majaribio wa mara kwa mara wa Faraday ulifanya iwezekane kwa mara ya kwanza kupata makadirio ya nambari ya thamani ya malipo ya msingi muda mrefu kabla ya vipimo vya moja kwa moja vya chaji ya msingi ya umeme katika majaribio ya Millikan na matone ya mafuta. Inashangaza kwamba wazo la muundo wa atomiki wa umeme lilipokea uthibitisho usio na shaka wa majaribio katika majaribio ya electrolysis yaliyofanywa katika miaka ya 30 ya karne ya 19, wakati hata wazo la muundo wa atomiki wa suala bado halijashirikiwa na wote. wanasayansi. Katika hotuba maarufu iliyotolewa kwa Jumuiya ya Kifalme na iliyowekwa kwa kumbukumbu ya Faraday, Helmholtz alitoa maoni juu ya hali hii kwa njia hii:

"Ikiwa tunakubali kuwepo kwa atomi za vipengele vya kemikali, basi hatuwezi kuepuka hitimisho zaidi kwamba umeme, chanya na hasi, umegawanywa katika idadi fulani ya msingi, ambayo hufanya kama atomi za umeme."

Vyanzo vya kemikali vya sasa. Ikiwa chuma chochote, kama vile zinki, kinaingizwa ndani ya maji, basi kiasi fulani cha ioni za zinki chanya, chini ya ushawishi wa molekuli za maji ya polar, itaanza kupita kutoka kwenye safu ya uso ya kimiani ya kioo ya chuma ndani ya maji. Matokeo yake, zinki zitashtakiwa vibaya, na maji vyema. Safu nyembamba huundwa kwenye interface kati ya chuma na maji, inayoitwa safu mbili za umeme; kuna uwanja wa umeme wenye nguvu ndani yake, ukali ambao unaelekezwa kutoka kwa maji hadi chuma. Sehemu hii inazuia mpito zaidi wa ioni za zinki ndani ya maji, na kwa sababu hiyo, usawa wa nguvu hutokea, ambapo idadi ya wastani ya ioni kutoka kwa chuma hadi maji ni sawa na idadi ya ioni zinazorudi kutoka kwa maji hadi kwenye chuma. .

Msawazo wa nguvu pia utaanzishwa ikiwa chuma kinaingizwa katika suluhisho la maji ya chumvi ya chuma sawa, kwa mfano zinki katika suluhisho la sulfate ya zinki. Katika suluhisho, chumvi hutengana na ioni.Ioni za zinki zinazosababisha sio tofauti na ioni za zinki zinazoingia kwenye suluhisho kutoka kwa electrode. Kuongezeka kwa mkusanyiko wa ioni za zinki kwenye elektroliti huwezesha ubadilishaji wa ioni hizi kuwa chuma kutoka kwa suluhisho na kuifanya iwe ngumu.

mpito kutoka kwa chuma hadi suluhisho. Kwa hivyo, katika suluhisho la sulfate ya zinki, elektrodi ya zinki iliyoingizwa, ingawa imeshtakiwa vibaya, ni dhaifu kuliko katika maji safi.

Wakati chuma kinaingizwa kwenye suluhisho, chuma sio chaji hasi kila wakati. Kwa mfano, ikiwa electrode ya shaba imeingizwa katika suluhisho la sulphate ya shaba, basi ions itaanza kunyoosha kutoka kwa suluhisho kwenye electrode, kuishutumu vyema. Nguvu ya shamba katika safu ya mara mbili ya umeme katika kesi hii inaelekezwa kutoka kwa shaba hadi suluhisho.

Kwa hivyo, wakati chuma kinaingizwa ndani ya maji au katika suluhisho la maji yenye ions ya chuma sawa, tofauti inayoweza kutokea hutokea kwenye interface kati ya chuma na ufumbuzi. Ishara na ukubwa wa tofauti hii inayowezekana inategemea aina ya chuma (shaba, zinki, nk) kwenye mkusanyiko wa ions katika suluhisho na ni karibu kujitegemea joto na shinikizo.

Electrodes mbili zilizofanywa kwa metali tofauti, zilizoingizwa katika electrolyte, huunda kiini cha galvanic. Kwa mfano, katika kipengele cha Volta, electrodes ya zinki na shaba huingizwa katika suluhisho la maji ya asidi ya sulfuriki. Wakati wa kwanza, suluhisho haina ioni za zinki au ioni za shaba. Hata hivyo, baadaye ions hizi huingia suluhisho kutoka kwa electrodes na usawa wa nguvu huanzishwa. Kwa muda mrefu kama electrodes haziunganishwa kwa kila mmoja kwa waya, uwezo wa electrolyte ni sawa katika pointi zote, na uwezo wa electrodes hutofautiana na uwezo wa electrolyte kutokana na kuundwa kwa tabaka mbili kwenye mpaka wao na electrolyte. Katika kesi hii, uwezo wa electrode wa zinki ni -0.763 V, na shaba. Nguvu ya electromotive ya kipengele cha Volt, ambacho kinaundwa na kuruka kwa uwezo huu, itakuwa sawa na

Sasa katika mzunguko na kiini galvanic. Ikiwa elektroni za seli ya galvanic zimeunganishwa na waya, basi elektroni zitapita kupitia waya huu kutoka kwa elektroni hasi (zinki) hadi ile chanya (shaba), ambayo inasumbua usawa wa nguvu kati ya elektroni na elektroliti ambayo wao huingia. wamezamishwa. Ioni za zinki zitaanza kusonga kutoka kwa elektroni hadi suluhisho, ili kudumisha safu ya umeme mara mbili katika hali yake ya zamani na kuruka kwa uwezo mara kwa mara kati ya elektrodi na elektroliti. Vile vile, kwenye electrode ya shaba, ions za shaba zitaanza kuondoka kwenye suluhisho na kuweka kwenye electrode. Katika kesi hiyo, upungufu wa ions huundwa karibu na electrode hasi, na ziada ya ions vile huundwa karibu na electrode nzuri. Idadi ya jumla ya ions katika suluhisho haitabadilika.

Kama matokeo ya michakato iliyoelezewa, mkondo wa umeme utahifadhiwa katika mzunguko uliofungwa, ambao huundwa katika waya inayounganisha na harakati za elektroni, na elektroliti kwa ions. Wakati umeme wa sasa unapitishwa, electrode ya zinki hupasuka hatua kwa hatua na shaba huwekwa kwenye electrode chanya (shaba).

elektrodi. Mkusanyiko wa ions huongezeka kwenye electrode ya zinki na hupungua kwa shaba.

Uwezekano katika mzunguko na kiini cha galvanic. Picha iliyoelezwa ya kifungu cha mkondo wa umeme katika mzunguko wa kufungwa usio na homogeneous yenye kipengele cha kemikali inalingana na usambazaji unaowezekana kando ya mzunguko, ulioonyeshwa kwa schematically kwenye Mtini. 107. Katika mzunguko wa nje, yaani, katika waya inayounganisha electrodes, uwezo hupungua hatua kwa hatua kutoka kwa thamani ya electrode A chanya (shaba) hadi thamani ya hasi (zinki) electrode B kwa mujibu wa sheria ya Ohm kwa homogeneous. kondakta. Katika mzunguko wa ndani, yaani, katika electrolyte kati ya electrodes, uwezo hupungua hatua kwa hatua kutoka kwa thamani karibu na electrode ya zinki hadi thamani karibu na electrode ya shaba. Ikiwa katika mzunguko wa nje sasa inapita kutoka kwa electrode ya shaba hadi electrode ya zinki, kisha ndani ya electrolyte - kutoka zinki hadi shaba. Kuruka kwa uwezo katika tabaka mbili za umeme huundwa kama matokeo ya hatua ya nguvu za nje (katika kesi hii, kemikali). Harakati ya malipo ya umeme katika tabaka mbili kutokana na nguvu za nje hutokea dhidi ya mwelekeo wa hatua ya nguvu za umeme.

Mchele. 107. Usambazaji unaowezekana kwenye mnyororo ulio na kipengele cha kemikali

Sehemu zinazoelekezwa za mabadiliko yanayowezekana kwenye mtini. 107 inafanana na upinzani wa umeme wa sehemu za nje na za ndani za mzunguko uliofungwa. Jumla ya kushuka kwa uwezo pamoja na sehemu hizi ni sawa na jumla ya kuruka kwa uwezo katika tabaka mbili, yaani, nguvu ya electromotive ya kipengele.

Kifungu cha sasa cha umeme katika kiini cha galvanic ni ngumu na-bidhaa iliyotolewa kwenye electrodes na kuonekana kwa kushuka kwa mkusanyiko katika electrolyte. Matukio haya yanajulikana kama polarization electrolytic. Kwa mfano, katika vipengele vya Volta, wakati mzunguko umefungwa, ions chanya huenda kuelekea electrode ya shaba na huwekwa juu yake. Matokeo yake, baada ya muda fulani, electrode ya shaba ni, kama ilivyokuwa, kubadilishwa na hidrojeni. Kwa kuwa uwezo wa electrode wa hidrojeni ni 0.337 V chini kuliko uwezo wa electrode ya shaba, EMF ya kipengele hupungua kwa kiasi sawa. Kwa kuongeza, hidrojeni iliyotolewa kwenye electrode ya shaba huongeza upinzani wa ndani wa kipengele.

Ili kupunguza madhara ya hidrojeni, depolarizers hutumiwa - mawakala mbalimbali ya oxidizing. Kwa mfano, katika kipengele cha kawaida Leklanshe (betri "kavu")

electrode chanya ni fimbo ya grafiti iliyozungukwa na wingi wa peroksidi ya manganese na grafiti.

Betri. Aina muhimu ya seli za galvanic ni betri, ambayo, baada ya kutokwa, mchakato wa malipo ya nyuma unawezekana kwa ubadilishaji wa nishati ya umeme kuwa nishati ya kemikali. Dutu zinazotumiwa wakati wa kupokea mkondo wa umeme hurejeshwa ndani ya betri na electrolysis.

Inaweza kuonekana kwamba wakati betri inashtakiwa, mkusanyiko wa asidi ya sulfuriki huongezeka, ambayo inasababisha ongezeko la wiani wa electrolyte.

Kwa hiyo, wakati wa mchakato wa malipo, asymmetry kali ya electrodes huundwa: moja inakuwa ya risasi, nyingine kutoka kwa peroxide ya risasi. Betri iliyochajiwa ni seli ya galvanic inayoweza kutumika kama chanzo cha sasa.

Wakati watumiaji wa nishati ya umeme wanaunganishwa na betri, mkondo wa umeme utapita kupitia mzunguko, mwelekeo ambao ni kinyume na sasa ya malipo. Athari za kemikali huenda kinyume na betri inarudi katika hali yake ya awali. Electrodes zote mbili zitafunikwa na safu ya chumvi, na mkusanyiko wa asidi ya sulfuriki itarudi kwa thamani yake ya awali.

Betri iliyoshtakiwa ina EMF ya takriban 2.2 V. Wakati wa kutekeleza, inashuka hadi 1.85 V. Utoaji zaidi haupendekezi, kwani uundaji wa sulfate ya risasi inakuwa isiyoweza kurekebishwa na betri huharibika.

Chaji ya juu ambayo betri inaweza kutoa wakati wa kuchaji inaitwa uwezo wake. Uwezo wa betri kwa kawaida

kipimo katika masaa ya ampere. Ni kubwa zaidi, zaidi ya uso wa sahani.

maombi ya electrolysis. Electrolysis hutumiwa katika metallurgy. Uzalishaji wa kawaida wa electrolytic wa alumini na shaba safi. Kwa msaada wa electrolysis, inawezekana kuunda tabaka nyembamba za baadhi ya vitu juu ya uso wa wengine ili kupata mipako ya mapambo na ya kinga (nickel plating, chromium plating). Mchakato wa kupata mipako ya peelable (electroplating) ilianzishwa na mwanasayansi wa Kirusi B. S. Yakobi, ambaye aliitumia kwa utengenezaji wa sanamu za mashimo ambazo hupamba Kanisa Kuu la Mtakatifu Isaac huko St.

Ni tofauti gani kati ya utaratibu wa kimwili wa conductivity ya umeme katika metali na electrolytes?

Eleza kwa nini kiwango cha kutengana kwa dutu fulani inategemea kuruhusu kwa kutengenezea.

Eleza kwa nini katika miyeyusho ya elektroliti yenye kuzimua sana karibu molekuli zote za soluti zimetenganishwa.

Eleza jinsi utaratibu wa conductivity ya umeme ya electrolytes ni sawa na utaratibu wa conductivity ya umeme ya gesi. Kwa nini, chini ya hali ya mara kwa mara ya nje, sasa ya umeme ni sawia na voltage iliyotumiwa?

Je, sheria ya uhifadhi wa malipo ya umeme ina jukumu gani katika kupata sheria ya uchaji umeme (3)?

Eleza uhusiano kati ya usawa wa kieletroniki wa dutu na chaji mahususi ya ayoni zake.

Mtu anawezaje kuamua kwa majaribio uwiano wa usawa wa electrochemical wa vitu tofauti ikiwa kuna bathi kadhaa za electrolytic, lakini hakuna vyombo vya kupima nguvu za sasa?

Je, jambo la electrolysis linawezaje kutumika kuunda mita ya matumizi ya umeme katika mtandao wa DC?

Kwa nini sheria za Faraday zinaweza kuchukuliwa kama uthibitisho wa majaribio wa mawazo kuhusu asili ya atomiki ya umeme?

Je! ni michakato gani hutokea wakati elektroni za chuma zinaingizwa ndani ya maji na katika elektroliti iliyo na ioni za metali hizi?

Eleza taratibu zinazotokea katika electrolyte karibu na electrodes ya seli ya galvanic wakati wa kifungu cha sasa.

Kwa nini ioni chanya ndani ya seli ya galvaniki husogea kutoka kwa elektrodi hasi (zinki) hadi elektrodi chanya (shaba)? Usambazaji unaowezekana unatokeaje kwenye mzunguko ambao husababisha ions kusonga kwa njia hii?

Kwa nini kiwango cha malipo ya betri ya asidi kinaweza kuangaliwa kwa kutumia hydrometer, i.e. kifaa cha kupima wiani wa kioevu?

Ni tofauti gani ya kimsingi kati ya michakato katika betri na michakato katika betri "kavu"?

Ni sehemu gani ya nishati ya umeme inayotumiwa katika mchakato wa malipo ya betri c inaweza kutumika wakati inatolewa, ikiwa wakati wa mchakato wa malipo ya betri, voltage ilihifadhiwa kwenye vituo vyake.

Hakika kila mtu anajua kuwa vinywaji vinaweza kuendesha nishati ya umeme kikamilifu. Na pia ni ukweli unaojulikana kuwa waendeshaji wote wamegawanywa katika vikundi kadhaa kulingana na aina zao. Tunapendekeza kuzingatia katika makala yetu jinsi umeme wa sasa unafanywa katika vinywaji, metali na semiconductors nyingine, pamoja na sheria za electrolysis na aina zake.

Nadharia ya electrolysis

Ili iwe rahisi kuelewa ni nini kiko hatarini, tunapendekeza kuanza na nadharia kwamba umeme, ikiwa tunazingatia malipo ya umeme kama aina ya kioevu, imejulikana kwa zaidi ya miaka 200. Malipo yanajumuisha elektroni binafsi, lakini hizo ni ndogo sana kwamba chaji yoyote kubwa hufanya kama mtiririko unaoendelea, kioevu.

Kama miili ya aina dhabiti, conductors kioevu inaweza kuwa ya aina tatu:

• semiconductors (selenium, sulfidi na wengine);
• dielectrics (ufumbuzi wa alkali, chumvi na asidi);
• conductors (sema, katika plasma).

Mchakato ambao electrolytes hupasuka na ions hutengana chini ya ushawishi wa shamba la molar ya umeme inaitwa kutengana. Kwa upande mwingine, uwiano wa molekuli ambazo zimeharibika katika ioni, au ioni zilizoharibika katika solute, inategemea kabisa mali ya kimwili na joto katika kondakta mbalimbali na kuyeyuka. Hakikisha kukumbuka kuwa ions zinaweza kuunganishwa au kuunganishwa tena. Ikiwa hali hazibadilika, basi idadi ya ions iliyooza na umoja itakuwa sawa.

Katika electrolytes, ions hufanya nishati, kwa sababu. zinaweza kuwa chembe chaji chanya na hasi. Wakati wa kuunganishwa kwa kioevu (au tuseme, chombo kilicho na kioevu kwenye mtandao), harakati ya chembe kwa malipo kinyume itaanza (ions chanya itaanza kuvutiwa na cathodes, na ions hasi kwa anodes). Katika kesi hiyo, nishati husafirishwa moja kwa moja na ions, hivyo aina hii ya uendeshaji inaitwa ionic.

Wakati wa aina hii ya uendeshaji, sasa inafanywa na ions na dutu hutolewa kwenye electrodes ambayo ni vipengele vya electrolytes. Kuzungumza kwa kemikali, oxidation na kupunguza hutokea. Hivyo, sasa umeme katika gesi na vinywaji husafirishwa kwa njia ya electrolysis.

Sheria za fizikia na za sasa katika vinywaji

Umeme katika nyumba na vifaa vyetu kwa kawaida hausambazwi kwa waya za chuma. Katika chuma, elektroni zinaweza kusonga kutoka atomi hadi atomi na hivyo kubeba chaji hasi.

Kama vile vimiminiko, huendeshwa kwa njia ya voltage ya umeme, inayojulikana kama voltage, iliyopimwa katika vitengo vya volt, baada ya mwanasayansi wa Italia Alessandro Volta.

Video: Umeme wa sasa katika vinywaji: nadharia kamili

Pia, mkondo wa umeme hutiririka kutoka volteji ya juu hadi voltage ya chini na hupimwa kwa vitengo vinavyojulikana kama amperes, vilivyopewa jina la André-Marie Ampère. Na kwa mujibu wa nadharia na formula, ikiwa unaongeza voltage, basi nguvu zake pia zitaongezeka kwa uwiano. Uhusiano huu unajulikana kama Sheria ya Ohm. Kwa mfano, tabia ya sasa ya pepe iko hapa chini.

Sheria ya Ohm (iliyo na maelezo ya ziada kuhusu urefu na unene wa waya) kwa kawaida ni mojawapo ya mambo ya kwanza kufundishwa katika madarasa ya fizikia, na kwa hivyo wanafunzi na walimu wengi huona mkondo wa umeme katika gesi na vimiminiko kama sheria ya msingi katika fizikia.

Ili kuona kwa macho yako mwenyewe harakati za malipo, unahitaji kuandaa chupa na maji ya chumvi, elektroni za gorofa za mstatili na vyanzo vya nguvu, utahitaji pia ufungaji wa ammeter, kwa msaada wa ambayo nishati itafanywa kutoka kwa nguvu. ugavi kwa electrodes.

Sahani zinazofanya kazi kama makondakta lazima zipunguzwe ndani ya kioevu na voltage iwashwe. Baada ya hayo, harakati ya machafuko ya chembe itaanza, lakini kama baada ya kuonekana kwa uwanja wa sumaku kati ya waendeshaji, mchakato huu utaamriwa.

Mara tu ions zinapoanza kubadilisha malipo na kuchanganya, anodes huwa cathodes, na cathodes huwa anodes. Lakini hapa unahitaji kuzingatia upinzani wa umeme. Bila shaka, curve ya kinadharia ina jukumu muhimu, lakini ushawishi mkubwa ni joto na kiwango cha kujitenga (kulingana na ambayo flygbolag huchaguliwa), na ikiwa sasa mbadala au moja kwa moja huchaguliwa. Kukamilisha utafiti huu wa majaribio, unaweza kuona kwamba safu nyembamba ya chumvi imeunda kwenye miili imara (sahani za chuma).

Electrolysis na utupu

Umeme wa sasa katika utupu na vinywaji ni suala gumu zaidi. Ukweli ni kwamba katika vyombo vya habari vile hakuna mashtaka katika miili, ambayo ina maana kwamba ni dielectric. Kwa maneno mengine, lengo letu ni kuunda hali ili atomi ya elektroni ianze harakati zake.

Ili kufanya hivyo, unahitaji kutumia kifaa cha kawaida, kondakta na sahani za chuma, na kisha uendelee kama ilivyo hapo juu.

Utumiaji wa electrolysis

Utaratibu huu unatumika katika karibu maeneo yote ya maisha. Hata kazi ya kimsingi wakati mwingine inahitaji uingiliaji wa mkondo wa umeme katika vinywaji, sema,

Kwa msaada wa mchakato huu rahisi, miili imara imefunikwa na safu nyembamba zaidi ya chuma chochote, kwa mfano, nickel plating au chromium plating. hii ni mojawapo ya njia zinazowezekana za kupambana na michakato ya kutu. Teknolojia zinazofanana hutumiwa katika utengenezaji wa transfoma, mita na vifaa vingine vya umeme.

Tunatumahi kuwa mantiki yetu imejibu maswali yote yanayotokea wakati wa kusoma uzushi wa sasa wa umeme katika vinywaji. Ikiwa unahitaji majibu bora, tunakushauri kutembelea jukwaa la mafundi wa umeme, ambapo utafurahi kushauriana bila malipo.

>>Fizikia: Mkondo wa umeme katika vimiminiko

Kimiminiko, kama vile yabisi, kinaweza kuwa dielectri, kondakta na halvledare. Dielectrics ni pamoja na maji distilled, conductors ni pamoja na ufumbuzi na melts ya electrolytes: asidi, alkali na chumvi. Semiconductors ya kioevu ni selenium iliyoyeyuka, melts ya sulfidi, nk.
kutengana kwa umeme. Wakati elektroliti hupasuka chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme wa molekuli za maji ya polar, molekuli za electrolyte hutengana katika ions. Utaratibu huu unaitwa kutengana kwa umeme.
Kiwango cha kujitenga, yaani, uwiano wa molekuli katika solute ambayo imeharibika katika ions inategemea joto, mkusanyiko wa suluhisho, na mali ya umeme ya kutengenezea. Kwa joto la kuongezeka, kiwango cha kujitenga kinaongezeka na, kwa hiyo, mkusanyiko wa ions chaji chanya na hasi huongezeka.
Ioni za ishara tofauti, zinapokutana, zinaweza kuungana tena kuwa molekuli za upande wowote - unganisha tena. Chini ya hali ya mara kwa mara, usawa wa nguvu huanzishwa katika suluhisho, ambapo idadi ya molekuli zinazooza katika ioni kwa sekunde ni sawa na idadi ya jozi za ions ambazo huunganishwa tena katika molekuli zisizo na upande kwa wakati mmoja.
Uendeshaji wa Ionic. Wafanyabiashara wa malipo katika ufumbuzi wa maji au melts ya electrolyte ni ions chaji chanya na hasi.
Ikiwa chombo kilicho na ufumbuzi wa electrolyte kinajumuishwa katika mzunguko wa umeme, basi ions hasi itaanza kuelekea electrode nzuri - anode, na chanya - kuelekea hasi - cathode. Matokeo yake, mkondo wa umeme utaanzishwa. Kwa kuwa uhamishaji wa malipo katika suluhisho la maji au kuyeyuka kwa elektroliti hufanywa na ioni, conductivity kama hiyo inaitwa. ionic.
Liquids pia inaweza kuwa na conductivity ya elektroniki. Conductivity kama hiyo inamilikiwa, kwa mfano, na metali za kioevu.
Electrolysis. Kwa conductivity ya ionic, kifungu cha sasa kinahusishwa na uhamisho wa suala. Juu ya electrodes, vitu vinavyotengeneza electrolytes hutolewa. Katika anode, ioni hasi hutoa elektroni zao za ziada (katika kemia, hii inaitwa mmenyuko wa oksidi), na kwenye cathode, ioni chanya hupokea elektroni zinazokosekana (majibu ya kupunguza). Mchakato wa kutolewa kwa dutu kwenye electrode, inayohusishwa na athari za redox, inaitwa electrolysis.
Utumiaji wa electrolysis. Electrolysis hutumiwa sana katika uhandisi kwa madhumuni mbalimbali. Funika kielektroniki uso wa chuma kimoja na safu nyembamba ya nyingine ( uchongaji wa nikeli, upakaji wa chrome, uchongaji wa shaba na kadhalika.). Mipako hii ya kudumu inalinda uso kutokana na kutu.
Ikiwa peeling nzuri ya mipako ya electrolytic inahakikishwa kutoka kwa uso ambao chuma huwekwa (hii inafanikiwa, kwa mfano, kwa kutumia grafiti kwenye uso), basi nakala inaweza kupatikana kutoka kwenye uso wa misaada.
Katika tasnia ya uchapishaji, nakala kama hizo (stereotypes) zinapatikana kutoka kwa matrices (alama ya seti kwenye nyenzo za plastiki), ambayo safu nene ya chuma au dutu nyingine huwekwa kwenye matrices. Hii hukuruhusu kuzaliana seti katika nambari inayotaka ya nakala. Ikiwa mapema mzunguko wa kitabu ulipunguzwa na idadi ya prints ambazo zinaweza kupatikana kutoka kwa seti moja (wakati wa uchapishaji, seti hiyo inafutwa hatua kwa hatua), sasa matumizi ya ubaguzi yanaweza kuongeza kwa kiasi kikubwa mzunguko. Kweli, kwa sasa, kwa msaada wa electrolysis, stereotypes hupatikana tu kwa vitabu vya uchapishaji wa ubora wa juu.
Mchakato wa kupata mipako ya peelable - aina ya kielektroniki- ilitengenezwa na mwanasayansi wa Kirusi B. S. Jacobi (1801-1874), ambaye mwaka wa 1836 alitumia njia hii kufanya takwimu za mashimo kwa Kanisa Kuu la Mtakatifu Isaac huko St.
Electrolysis huondoa uchafu kutoka kwa metali. Kwa hivyo, shaba ghafi inayopatikana kutoka kwa madini hayo hutupwa kwa namna ya karatasi nene, ambazo huwekwa kwenye bafu kama anodi. Wakati wa electrolysis, shaba ya anode hupasuka, uchafu ulio na madini ya thamani na adimu huanguka chini, na shaba safi hukaa kwenye cathode.
Alumini hupatikana kutoka kwa bauxite ya kuyeyuka kwa electrolysis. Ilikuwa ni njia hii ya kupata alumini ambayo ilifanya kuwa nafuu na, pamoja na chuma, ya kawaida katika teknolojia na maisha ya kila siku.
Kwa msaada wa electrolysis, bodi za mzunguko wa elektroniki hupatikana, ambazo hutumika kama msingi wa bidhaa zote za elektroniki. Sahani nyembamba ya shaba imefungwa kwenye dielectri, ambayo muundo tata wa waya za kuunganisha hutumiwa na rangi maalum. Kisha sahani huwekwa kwenye electrolyte, ambapo maeneo ya safu ya shaba ambayo hayajafunikwa na rangi yanapigwa. Baada ya hayo, rangi huosha na maelezo ya microcircuit yanaonekana kwenye ubao.
Katika suluhisho na kuyeyuka kwa elektroliti, malipo ya bure ya umeme yanaonekana kwa sababu ya kuoza kwa molekuli za upande wowote kwenye ioni. Harakati ya ions kwenye uwanja ina maana ya uhamisho wa suala. Utaratibu huu hutumiwa sana katika mazoezi (electrolysis).

???
1. Ni nini kinachoitwa kutengana kwa electrolytic?
2. Kwa nini uhamisho wa dutu hutokea wakati sasa inapita kupitia suluhisho la electrolyte, lakini haihamishi dutu wakati wa kupitia conductor chuma?
3. Je, ni kufanana na tofauti gani kati ya conductivity ya ndani ya semiconductors na ufumbuzi wa electrolyte?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Daraja la 10 la Fizikia

Pakua upangaji wa mada ya kalenda katika fizikia, majibu ya vipimo, kazi na majibu kwa mwanafunzi, vitabu na vitabu vya kiada, kozi za mwalimu katika fizikia kwa daraja la 10.

Ikiwa una masahihisho au mapendekezo ya somo hili,