Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Электролитом мы называем раствор (или расплав) вещества, через который может идти электрический ток; при этом исходное вещество проводником тока не является.

Например, кристаллы поваренной соли не проводят ток. Дистиллированная вода — тоже диэлектрик. Однако при растворении соли в воде получается среда, через которую ток отлично проходит! Следовательно, солёная вода будет электролитом (Вот почему запрещено купаться во время грозы — в водоёмах всегда растворено некоторое количество солей. При ударе молнии по воде пойдёт электрический ток).

Электролитами оказываются растворы солей, кислот и оснований. Прохождение тока через эти растворы означает, что в них имеются свободные заряды. Откуда же они там берутся, если ни в воде, ни в исходном веществе свободных зарядов не было?

Механизм, обеспечивающий появление свободных зарядов в электролите, называется

Вообще, диссоциация — это распад молекулы на составные части под влиянием тех или иных факторов.В процессе электролитической диссоциации молекулы растворяемого вещества распадаются на положительные и отрицательные ионы в результате действия электрических сил со стороны молекул воды.

Многие свойства воды объясняются тем, что её молекулы являются полярными, то есть в электрическом отношении ведут себя как диполи (напомним, что

Рис. 1. Молекулы воды

Угол, образованный линиями центров атома кислорода и двух атомов водорода, составляет примерно . Кроме того, электронные оболочки смещены в сторону кислорода. В результате центры положительных и отрицательных зарядов оказываются пространственно разделёнными: «минусы» преобладают в кислородной части молекулы воды, а «плюсы» — в водородной части.

Будучи диполями, молекулы воды создают вокруг себя электрическое поле и действуют электрическими силами как друг на друга, так и на молекулы примесей (притягиваясь друг к другу противоположно заряженными частями, молекулы воды создают весьма прочные связи.

Почему же соли, кислоты и основания распадаются в воде на ионы? Всё дело в том, что молекулы этих веществ также являются полярными. Давайте вернёмся к нашему примеру с растворением поваренной соли .

У атома натрия на внешнем электронном уровне находится один электрон. Он слабо связан с атомом и всегда готов покинуть место своего обитания. У атома хлора на внешнем электронном уровне семь электронов — одного как раз не хватает до полного комплекта. Атом хлора всегда готов захватить себе недостающий электрон.

Поэтому при образовании молекулы внешний электрон атома натрия уходит к атому хлора, и в результате молекула становится полярной — она состоит из положительного иона и отрицательного иона . Эта молекула схематически изображена на рис. 2 (атом хлора крупнее, чем атом натрия).

Рис. 2.

Иными словами, с электрической точки зрения молекула также оказывается диполем.

Взаимодействие двух сортов диполей — молекул и — как раз и вызывает процесс растворения.

На рис. 3 мы видим, как протекает этот процесс (изображение с сайта intro.chem.okstate.edu). Более крупные зелёные шарики изображают ионы хлора, более мелкие серые — ионы натрия.

Рис. 3. Электролитическая диссоциация: растворение в воде

Левая часть рисунка показывает ситуацию до начала растворения. Крупица соли в виде небольшого кубического кристаллика (Кристаллическая решётка поваренной соли имеет кубическую структуру. В вершинах куба в шахматном порядке, крест-накрест расположены атомы натрия и хлора) только что оказалась в воде.

Сразу же начинается «электрическая атака» со стороны молекул воды. Отрицательно заряженные (кислородные) части молекул обращаются к положительным ионам натрия, а положительные (водородные) части молекулы воды — к отрицательным ионам хлора. Молекулы начинают «растягиваться» разнонаправленными электрическими силами притяжения к молекулам-диполям воды, и связь между ионами натрия и хлора, скрепляющая молекулу соли, ослабевает.

В конце концов эта связь становится настолько слабой, что удары соседних частиц, совершающих тепловое движение, разрушают молекулу . Она распадается на положительный ион и отрицательный ион .

В правой части рис. 3 мы видим результат такого распада: вырванные из кристаллической решётки ион хлора и ион натрия отправляются «в свободное плавание», окружённые прицепившимися к ним молекулами воды. Обратите внимание, что молекулы воды прилипли к отрицательному иону хлора своими положительными водородными частями, а к положительному иону натрия, наоборот, повернулись их отрицательные кислородные части.
Таким образом, при растворении соли в воде появляются свободные заряды: положительные ионы и отрицательные ионы (рис. 4). Это и является необходимым условием прохождения тока через раствор.

Рис. 4. Раствор в воде

Описанный выше процесс растворения совершенно аналогично протекает и в случае других примесей.Так, щёлочь распадается в водном растворе на положительные ионы калия и отрицательные ионы гидроксильной группы . Молекула серной кислоты при распаде даёт два положительных иона и отрицательно заряженный ион кислотного остатка В растворе медного купороса появляются положительные ионы меди и отрицательно заряженные ионы

Все ли молекулы растворяемого вещества распадутся на ионы? Это зависит от ряда условий.

Степенью диссоциации

Наряду с диссоциацией имеет место и обратный процесс: рекомбинация. А именно, две частицы противоположного знака могут встретиться и снова образовать нейтральную молекулу (рекомбинировать). С течением времени в растворе устанавливается состояние динамического равновесия: среднее число диссоциаций в единицу времени равно среднему числу рекомбинаций, в результате чего концентрация раствора остаётся неизменной (вспомните аналогичную ситуацию с насыщенным паром: при динамическом равновесии пара и жидкости среднее число вылетевших из жидкости молекул равно среднему числу молекул, вернувшихся обратно из пара в жидкость, так что концентрация насыщенного пара неизменна).

Процессы диссоциации-рекомбинации записываются в виде следующих уравнений, отражающих состояние динамического равновесия:

Изменение внешних условий может нарушить текущее динамическое равновесие и сместить его в ту или иную сторону. Например, при повышении температуры увеличивается скорость диссоциации, и концентрация положительных и отрицательных ионов в растворе возрастает.

В металлах, как вы помните, имеется лишь один тип свободных зарядов — это свободные электроны. В электролитах ситуация иная: здесь возникают свободные заряды двух типов.

1. Положительные ионы, образовавшиеся из атомов металлов или водорода.

2. Отрицательные ионы — атомные или молекулярные кислотные остатки (например, или ), а также гидроксильная группа .

Второе отличие от металлов заключается в том, что носители свободных зарядов в электролите могут иметь заряд, равный по модулю как элементарному заряду , так и целому числу элементарных зарядов . Здесь — валентность атома или группы атомов; например, при растворении медного купороса имеем .

Если внешнего электрического поля нет, то свободные заряды электролита совершают лишь хаотическое тепловое движение наряду с окружающими молекулами. Но при наложении внешнего поля положительные и отрицательные ионы начинают упорядоченное движение.

Поместим в сосуд с электролитом два электрода; один из электродов присоединим к положительной клемме источника тока, а другой — к отрицательной (рис. 5). Когда речь идёт о прохождении тока через электролиты, положительный электрод называют анодом, а отрицательный — катодом (Имеется народная мудрость для запоминания знаков анода и катода: Андрей — парень положительный, Катька — девка отрицательная ;-)).

Рис. 5. Ионная проводимость электролита

В электрическом поле, возникшем между электродами, положительные ионы электролита устремляются к «минусу» катода, а отрицательные ионы — к «плюсу» анода. Таким образом, электрический ток в электролите образуется в результате встречного движения ионов: положительных — к катоду, отрицательных — к аноду. Поэтому проводимость электролитов называется ионной (в отличие от электронной проводимости металллов).

На положительном аноде имеется недостаток электронов. Отрицательные ионы, достигнув анода, отдают ему свои лишние электроны; эти электроны отправляются по цепи к «плюсу» источника.

Наоборот, на отрицательном катоде — избыток электронов. Положительные ионы, придя на катод, забирают у него электроны, и это количество ушедших электронов немедленно восполняется их доставкой на катод с «минуса» источника.

Таким образом, в той части цепи, которая состоит из источника тока и металлических проводников, возникает циркуляция электронов по маршруту «анод источник катод».

Цепь замыкается электролитом, где электрический ток обеспечивается двусторонним движением ионов.

Положительные и отрицательные ионы, будучи носителями свободных зарядов, в то же время являются частицами вещества. Поэтому важнейшее отличие тока в электролитах от тока в металлах состоит в том, что электрический ток в электролите сопровождается переносом вещества.

Явление переноса вещества при прохождении электрического тока через электролит называется электролизом. Законы электролиза были экспериментально изучены Фарадеем.

В процессе электролиза происходит разложение растворённого вещества на составные части и выделение этих частей на электродах. Так, в растворе медного купороса положительные ионы меди идут на катод, в результате чего катод покрывается медью. Кислотный остаток выделяется на аноде.

Естественным образом возникает вопрос о нахождении массы вещества, выделяющегося на электроде за определённое время . Эта масса, очевидно, совпадает с массой данного вещества, перенесённого током за время через электролит.

Пусть — масса одного иона этого вещества, — заряд иона ( — валентность вещества). Предположим, что за время через электролит прошёл заряд . Число ионов, пришедших на электрод, тогда равно . Масса выделившегося на электроде вещества равна суммарной массе пришедших ионов:

(1)

Величина является характеристикой вещества и называется его электрохимическим эквивалентом. Значения электрохимических эквивалентов различных веществ приводятся в таблицах.

При протекании через электролит постоянного тока за время проходит заряд . Подставляя это в формулу (1), получим первую формулу Фарадея:

(2)

Первый закон Фарадея. Масса выделяющегося на электроде вещества пропорциональна силе тока, протекающего через электролит, и времени прохождения тока.

Теперь преобразуем выражение для электрохимического эквивалента, введя молярную массу вещества:

Подставляя это выражение в (2), получим вторую формулу Фарадея:

(3)

Второй закон Фарадея. Масса выделяющегося на электроде вещества прямо пропорциональна молярной массе этого вещества и обратно пропорциональна его валентности.

В формуле (3) мы видим произведение двух констант и . Оно также является константой и называется постоянной Фарадея:

Кл/моль.

Формула (3) с постоянной Фарадея запишется так:

Спасибо за то, что пользуйтесь нашими статьями. Информация на странице «Электрический ток в электролитах» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ. Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в высшее учебное заведение или техникум нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий. Также вы можете воспользоваться другими материалами из данного раздела.

Публикация обновлена: 06.02.2023

Химические реакции — Разложение | Шмуп

Разложение

Простите меня, пока я разлагаюсь

У всех нас есть довольно хорошее представление о том, что такое разложение. Серьезно, сколько сериалов типа CSI или Закон и порядок сейчас существует? Они все время говорят о разложении. Реакции разложения протекают именно так, как и следовало ожидать: расщепление или разделение химического соединения на элементы или более простые соединения.

Добро пожаловать в противоположный день

Реакции разложения противоположны реакциям синтеза. Самое простое представление реакции разложения:

AB → A + B

Во время процесса вещество AB разлагается или распадается с образованием веществ A и B.

В простейшем типе реакции разложения соединение распадается на составляющие его элементы. Простым примером из повседневной жизни может быть разложение воды на водород и кислород следующим образом:

2 H ₂ O → 2 H ₂ + O ₂

Когда вы в последний раз наливали себе хороший стакан воды, и она самопроизвольно превращалась в водород и кислород? Мы надеемся, ответ никогда. Правда в том, что реакции разложения обычно не происходят самопроизвольно. Обычно им нужна какая-то движущая сила, чтобы заставить их произойти. В случае превращения воды в водород и кислород движущей силой является энергия в виде электричества. Процесс называется «расщепление воды». Если вы хотите попробовать разделить воду дома, ознакомьтесь с инструкциями здесь или посмотрите видео здесь.

Электролиз воды: форма разложения

Поскольку реакция разложения включает разрыв химических связей, она требует добавления энергии. Мы уже упоминали, что одним из способов добавления энергии является электролиз , который буквально представляет собой добавление электрического тока. Еще один способ добавить энергии — добавить тепла, и мы не говорим о том виде тепла, который можно получить, поедая перец-призрак.

Отличный пример Реакция термического разложения (это тип разложения, который происходит с добавлением тепла) представляет собой разложение карбоната меди, CuCO ₃ . Если пробирку с CuCO ₃ нагреть в горелке Бунзена, твердый порошок «прыгает» по мере высвобождения молекул углекислого газа. Твердое вещество остается в трубке, но теперь это оксид меди CuO. Проверьте это в этом замечательном видео.

CuCO ₃ + тепло → CuO + CO ₂

Для определенного количества химических соединений энергия, необходимая для разложения, довольно мала. В этих случаях достаточно легкого толчка или удара, чтобы добиться цели. К счастью для нас, мы разработали способ использования одной из таких реакций разложения, который спасает тысячи жизней в год. Азид натрия, Na(N ₃ ) ₂ , взрывоопасно разлагается на газообразный азот, N ₂ , и натрий после довольно небольшого удара. Мы используем этот процесс для надувания автомобильных подушек безопасности во время столкновения.

Датчик подушки безопасности

Помните: реакция разложения противоположна реакции синтеза, поэтому, когда вы видите, что один реагент дает более одного продукта, у вас в руках разложение.

Закуска для мозгов

Посмотрите это видео, демонстрирующее разложение бургеров и картофеля фри McDonald’s. Это может заставить вас переосмыслить следующий Биг Мак.

Подробнее о химических реакциях Навигация

Это продукт премиум-класса

Разблокировать эти функции

Устали от рекламы?

Присоединяйтесь сегодня и никогда больше их не увидите.

Начало работы

Реакции разложения — определение, типы, примеры, использование и часто задаваемые вопросы

Реакции разложения происходят, когда сложные химические соединения распадаются на более мелкие компоненты. Реакции разложения часто требуют затрат энергии. Химическое разложение перекиси водорода на воду и кислород, а также разложение воды на водород и кислород — вот некоторые распространенные примеры реакций разложения. Следовательно, реакцию разложения можно просто определить как химическую реакцию, в которой один реагент разлагается на два или более продуктов. Давайте разберемся с такими понятиями, как «Что такое реакция разложения», «Примеры», «Типы», «Двойные реакции разложения», «Использование» и «Часто задаваемые вопросы» в этой статье!

Что такое реакция разложения?

Реакция разложения – это химический процесс, при котором молекула или реагент распадаются на более простые продукты. Таким образом, когда один реагент распадается на два или более продуктов, которые могут быть представлены следующим уравнением:

AB → A + B

В приведенной выше реакции AB представляет собой реагент, который является химическим соединением A и B, который запускает реакцию, а A и B представляют собой продукты, полученные в результате реакции. а стрелка представляет направление, в котором происходит реакция.

Реакция разложения прямо противоположна реакции соединения. В реакции соединения вещество образуется в результате химического соединения, однако в реакции разложения вещество распадается на новые вещества.

Процесс разложения требует тепла, поэтому его также называют реакцией термического разложения. Энергия, необходимая для разрушения продукта, может быть в виде тепла, света или электричества. Процесс электролиза является прекрасным примером реакции разложения. Реакция происходит путем разрушения молекул пропусканием электричества.

H ₂ O ⇢ 2H ₂ + O ₂

Примеры реакции декомпозиции

Вот некоторые важные примеры реакции декомпозиции: