Електрична струја у течностима

Оглед:

Потребан материјал:

батерије (или исправљач)
чаша са дестилованом водом
со
сијалица

Поступак:

Повезати проводнике са извором струје и сијалицом, два слободна краја проводника потопити у чашу са дестилованом водом. Да ли сијалица светли?

Дестилована вода не проводи електричну струју.

Исти поступак поновити, али претходно у воду сипати со.

Шта се сада дешава? Сијалица светли. Зашто? Шта је то што се променило?

Ако се у води раствори мало соли, киселине или базе, сијалица ће светлети.

Раствори соли, база и киселина представљају течне проводнике електричне струје и називају се електролити.

У води долази до разлагања молекула соли, база и киселина.

Пример:

Кухињска со NaCl (натријум хлорид)

$NaCl \rightleftarrows Na^{+}+Cl^{-}$

позитивни јони Na⁺

негативни јони Cl^–

Процес разлагања молекула соли, база и киселина на јоне у воденом раствору назива се електролитичка дисоцијација.

До разлагања долази зато што у води ослаби електрична сила којом су јони везани у молекулу. Када се, на пример NaCl раствори у води, молекули воде улазе у међупростор јона кристалне решетке. Пошто вода има велику релативну диелектричну пропустљивост ( $\varepsilon_{r}$ =81), привлачне силе између јона окруженог молекулима воде ослабе тако да долази до раскидања веза између њих.

При топлотном кретању долази до судара између слободних позитивних и негативних јона при чему поново настају молекули NaCl. Тај процес се назива рекомбинација.

Стрелица удесно $\rightarrow$ показује дисоцијацију молекула на јоне, а стрелица на лево $\leftarrow$ рекомбинацију.

У електролиту постоји динамичка равнотежа – изједначи се број рекомбинација у јединици времена са бројем дисоцијација. Концетрација јона у једном електролиту је стална.

Када се у раствор потопе два проводника (електроде) настаје усмерено кретање јона – електрична струја. Електрода везана за позитивни пол електричног извора назива се анода, а електрода везана за негативни пол – катода.

Позитивни јони се крећу ка негативно наелектрисаној електроди, због тога се називају катјони, а негативно налектрисани јони ка позитивној електроди, па су названи анјони.

обратити пажњу на позитивну електроду – појава мехурића:

Јони хлора предају електроне и прелазе у неутрални атом, по два атома се удружују у молекуле, који излазе у виду мехурића.

Честице на које су се услед електролитичке дисоцијације распали молекули соли, база и киселина, се на електродама издвајају као неутралне честице. Процес издвајања састојака из електролита, као резултат протицања електричне струје кроз њих, назива се електролиза.

Фарадејеви закони електролизе

Први Фарадејев закон даје везу између масе супстанце издвојене при електролизи и количине наелектрисања која протекне кроз електролит.

$m=k\cdot q$

Маса супстанце која се издвоји на свакој електроди при електролизи сразмерна је количини наелектрисања која за то време прође кро електролит.

Константа сразмерности k назива се електрохемијски еквивалент.

$k=\frac{m}{q}$

Електрохемијски еквивалент неке супстанце бројно је једнак маси те супстанце која се наталожи на електроди, када кроз раствор протекне јединична количина наелектрисања.

Јединица за мерење електрохемијског еквивалента је:

$[k]=\frac{kg}{C}$ килограм по кулону

Ако кроз електролит протиче електрична струја сталне јачине ( $I=const$ ), количина наелектрисања може да се замени производом јачине електричне струје и времена њеног протицања ( $q=I\cdot t$ ).

$m=k\cdot I\cdot t$

Маса супстанце која се издвоји на свакој електроди при електролизи сразмерна је јачини електричне струје која протиче кроз електролит и времену њеног протицања.

Други Фарадејев закон повезује електрохемијски еквивалент супстанце и њен хемијски еквивалент (који представља однос моларне масе и валенце).

$k=\frac{1}{F}\frac{M}{z}$

$M$ – моларна маса јона

$z$ – валенца

$\frac{M}{z}$ – хемијски еквивалент

$F$ – константа (Фарадејев број)

$F\approx 96500 \frac{C}{mol}$

Фарадејев број – бројно једнак количини наелектрисања којом се из електролита издвоји количина супстанце од једног мола.

пошто је: $m=k\cdot q$

$m=\frac{1}{F}\frac{M}{z}q$

Практична примена: Електролиза – издвајање елемената из електролита при протицању електричне струје.

Галваностегија – процес превлачења површине неког метала танким слојем неког другог метала (племенитог) помоћу електролизе. Овај процес је познат као хромирање, посребривање, позлаћивање, никловање, цинковање… Тиме се врши заштита предмета.

Предмет који се превлачи металом, најпре треба да се добро очисти и затим урони у раствор соли метала који треба нанети. Предмет се повезује са негативним полом електричног извора – представља катоду. За аноду се узима плоча метала који се наноси. Да би слој био равномерно нанет обично се као анода користе две плоче (између којих се налази катода).

Галванопластика – добијање отиска, односно рељефне копије

Направи се веран отисак оригинала помоћу воска, гипса… На тај начин је добијена негатив-копија или модел. Да би могао да проводи струју овај модел треба премазати прахом од графита. Ови модели се потом користе као калупи за добијање позитив-копије предмета. Такав негатив поставља се као катода у раствор соли метала од кога желимо да добијемо отисак. За аноду се узима плоча метала који се наноси.

Метали – проводници првог реда

Електролити – проводници другог реда

Опасност проласка електричне струје кроз тело човека

ПРОЛАЗАК НАЕЛЕКТРИСАЊА КРОЗ ЧОВЕЧИЈЕ ТЕЛО

Тело живих бића, па и човека, сачињава 80% воде. То је у ствари електролит у коме има раствора различитих минерала и метала, па је зато проводник електричне струје. Струја при проласку кроз тело човека врши електролизу тог раствора, коју прате многи хемијски процеси, а уз то јача струја делује на нерве, који изазивају грчење мишића. Због тога пролазак електричне струје кроз тело човека може да буде врло опасан, па чак и смртоносан.

Мерењем је установљено да наизменична струја представља већу опасност за човека од једносмерне струје. Посебно је опасна струја чија је фреквенција 50Hz, а то је баш фреквенција електричне струје која се користи у домаћинствима.

За човека је смртоносна јачина једносмерне струје 0,05А, а наизменичне 0,025А. Отпор човековог тела је око 1000W. На основу Омовог закона произилази да је опасан напон једносмерне струје већ од 50V, а за наизменичну од 25V, па навише. По нормативима до овог напона сматрају се слабе струје које не представљају опасност по човека, а изнад овог напона су струје опасне по живот. Али, и овако низак напон може да буде опасан када је човек у води или када стоји на влажној земљи.

др Гојко Димић, ФИЗИКА за 8. разред основне школе

Електрична проводљивост чврстих тела

Електрична струја у гасовима

Физика

Електрична струја у течностима

Фарадејеви закони електролизе

Садржај

Часописи