Основные термины и понятия электрохимии

 

Электрический ток – это упорядоченный поток заряженных частиц, которые перемещаются по проводнику. Проводники могут быть двух видов:

1. Проводники I рода (электронные проводники). Их электропроводность определяет направленный поток электронов, это в основном металлы.

2. Проводники II рода (электролитические, ионные) – это растворы или расплавы электролитов. В растворах и расплавах электролитов при приложении напряжения возникает упорядоченное движение ионов к электродам. Катионы (Кt⁺) перемещаются к отрицательно заряженному электроду (катоду). Анионы (Аn⁻ ) – к положительно заряженному электроду (аноду).

Протекание электрического тока в цепи происходит под действием электрического напряжения или разности потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Сила тока (I ) – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1 секунду. Основной единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

Электрический заряд (Q) (количество электричества) измеряется в кулонах (Кл).

Кулон – количество электрического заряда, переносимого током силой в 1 ампер за 1 секунду: Q = I · t, 1Кл = 1А · 1с. При перемещении заряда величиной в 1 кулон между точками с разностью потенциалов в 1 вольт выполняется работа в 1 джоуль. Разность потенциалов (напряжение) связана с силой электрического тока законом Ома: U = I · R.

Сопротивление (R) – величина, характеризующая противодействие цепи электрическому току. Единицей измерения сопротивления является ом.

1 Ом – сопротивление проводника, между концами которого при силе тока в 1 ампер возникает напряжение
1 вольт (В): 1 Ом = 1 В · А (R = U/I).

Сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его сечения:

R = ρ · l / s,

где ρ – удельное сопротивление (Ом · м);

l – длина проводника, м;

s − сечение проводника, м².

Электрическая (общая) проводимость (G) – это способность веществ проводить электрический ток под действием внешнего электрического поля. Она является величиной, обратной сопротивлению:

G = = = = = Ом = См (симменс).

Общая электрическая проводимость является величиной нестандартной, поэтому чаще используют удельную электрическую проводимость.

Удельная электрическая проводимость æ:

æ = 1 / ρ,

где ρ – удельное электрическое сопротивление. Единица измерения:

æ = = = См · м

Физический смысл удельной проводимости заключается в том, что она численно равна силе тока (I), создаваемого ионами, которые содержатся в объеме 1 м при напряжении 1 В.

Удельная электрическая проводимость зависит:

1) от природы электролита: количество электричества зависит от заряда ионов, чем он выше, тем большее количество электричества переносит ион;

2) от концентрации раствора: при увеличении концентрации удельная электрическая проводимость æ увеличивается до предельного значения, а затем падает;

3) от температуры: при повышении температуры скорость движения ионов возрастает, так как уменьшается вязкость раствора и увеличивается степень диссоциации.

Эквивалентная электрическая проводимость (λ _v) – это проводимость раствора электролита, помещенного между одинаковыми электродами, расположенными на расстоянии 1м; при этом площадь электродов должна быть такой, чтобы в объеме раствора между электродами содержалась 1 молярная масса эквивалента вещества М_эк (В).

l_v = æ · V,

где V – разведение, величина, которая показывает объем раствора (м ), в котором растворена одна молярная масса эквивалентов вещества.

V = =

Тогда: λ _v = æ · V = æ · .

Эквивалентная электрическая проводимость зависит от природы электролита и растворителя, от температуры, концентрации и степени диссоциации (α).

Эквивалентная электрическая проводимость при бесконечном разбавлении (λ _¥ ).

При очень сильном (бесконечном) разбавлении степень электрической диссоциации у слабых электролитов равна единице. В этих условиях эквивалентная электрическая проводимость принимает максимальное значение, ее называют эквивалентной проводимостью при бесконечном разбавлении (λ _¥ ).

Эта величина зависит только от природы ионов и температуры. Если измерения проводить при t = t_max, то можно устранить влияние температуры.

В 1879 г. Фридрих Вильгельм Георг Кольрауш установил закон:

λ _¥ = λ _к + λ _а.

Эквивалентная электрическая проводимость электролита при беcконечном разбавлении равна сумме эквивалентных электрических проводимостей ионов: катионов λ _к и анионов λ _а. λ _к и λ _а называют также подвижностями ионов. Для многих ионов подвижности определены.

Например, для слабого электролита уксусной кислоты

CH₃COOH ↔ CH₃COO + H

λ _¥ (CH₃COOH) = λ + λ

λ _H = 315 λ = 35

λ _¥ (CH₃ COOH) = 315+35= 350

При бесконечном разбавлении l_v = λ α.

Это соотношение используют для расчета степени электрической диссоциации по электропроводности.