Informácie

Hľadanie

Elektrický prúd v elektrolytochElektrický prúd v elektrolytoch

Doteraz sme preberali prípad prenosu náboja v kovoch, kde nosičmi náboja sú elektróny. Elektrický prúd však môže tiecť aj nekovovým prostredím. Ak nosičmi náboja sú ióny, takéto prostredie nazývame elektrolytom a dej, ktorý pri prechode prúdu v elektrolyte prebieha v priestore medzi elektródami, nazývame elektrolýzou.

Elektrolýzu si vysvetlíme na prípade vedenia prúdu roztokom CuSO4. V roztoku sa molekuly CuSO4 štiepia - disociujú:

CuSO4 ® Cu++ + SO42- .

Disociácia je tým dokonalejšia, čím je roztok redší, lebo klesá pravdepodobnosť stretnutia iónov Cu++ a SO42-.

Ak do roztoku vložíme kladnú a zápornú elektródu, nastane usporiadaný pohyb oboch iónov: Cu++ (katióny) smerujú k zápornej katóde a SO42- (anióny) ku kladnej anóde. Celkový prúd je súčtom veľkostí oboch prúdov: I = |Ia |+ |Ik.|. Pri pohybe iónov sa prenáša látka. Nech sú obe elektródy z medi. Ión Cu++ získa od katódy dva elektróny, čím sa ión premení na atóm Cu a ostane na katóde. Tým narastá hmotnosť katódy. Ión SO42- odovzdá anóde dva elektróny. V skutočnosti ich odovzdá iónu Cu++, ktorý je v mriežke anódy. Tým sa obnoví molekula CuSO4, ktorá v roztoku disociuje. Odoberanie medi z anódy spôsobuje úbytok jej hmotnosti. Aby tento proces mohol pokračovať, musí sa udržiavať v elektrolyte (roztoku CuSO4) elektrický prúd. Na elektródach sa mení prenos náboja iónmi na prenos náboja elektrónmi v kovových vodičoch mimo elektrolytu.

Elektrolýzou sa podrobne zaoberal M. Faraday (1833) a svoje experimentálne výsledky zovšeobecnil do týchto zákonov:

1. Faradayov zákon: Hmotnosť látky vylúčená na elektróde je úmerná prejdenému elektrickému náboju

m = AQ . (9.6.1)

2. Faradayov zákon: Na vylúčenie chemického gramekvivalentu látky je treba náboj Q = 9,650.104 C.

Chemický gramekvivalent je definovaný ako podiel hmotnosti 1 mólu látky a mocenstva: M/n.

Oba Faradayove zákony môžeme spojiť do jediného, tzv. spojeného Faradayovho zákona: Na elektróde sa nábojom Q vylúči látka hmotnosti

(9.6.2)

kde F = 9,650.104 C/mol je Faradayova konštanta.

 

 

V elektrolytoch platí Ohmov zákon v diferenciálnom tvare. Odpor R závisí nielen od druhu elektrolytu, ale aj od jeho koncentrácie, tvaru nádoby a tvaru elektród. Ióny v elektrolyte podliehajú elektrickej sile QE a sile trenia 6phrv (Stokesov vzorec pre pohyb gule vo viskóznej tekutine). Pri určitej rýchlosti sa obe sily vyrovnajú

,

odkiaľ

.

Nová veličina u sa nazýva pohyblivosť. Potom prúdová hustota je

,

kde r je objemová hustota náboja. Pre elektrolyt, kde je dvojaký prúd, máme

.

Príklad 9.6.1: Aké množstvo striebra môžeme vylúčiť z elektrolytu prúdom 1 A za 10 sekúnd?

Riešenie  1 gramekvivalent Ag = 107,87 g/mol (je číselne zhodný s nukleónovým číslom v periodickej tabuľke prvkov). Dosadíme do (9.6.2)

g .

Kontrolné otázky

  1. Faradyov zákon platí veľmi presne a používa sa ciachovanie presných ampérmetrov. Navrhnite schému a postup takéhoto ciachovania.
  2. Ako je definovaný chemický gramekvivalent?
  3. Prečo výsledný prúd je súčtom iónových prúdov a nie ich rozdielom?