Ocena brak

Przewodnictwo elektryczne gazów i cieczy

Autor /Jerry Dodano /04.10.2011

Przewodnictwo elektryczne

zjawisko przepływu ładunków elektrycznych (prąd elektryczny) pod wpływem pola elektrycznego. Ze względu na wielkość oporności elektrycznej właściwej materiały dzieli się na izolatory (dielektryki), półprzewodniki i przewodniki.

Pod względem mechanizmu mikroskopowego przewodnictwo elektryczne dzieli się na elektronowe (zachodzi w metalach i półprzewodnikach), jonowe (w gazach, cieczach i kryształach jonowych) oraz mieszane (w plazmie). Przewodnictwo elektryczne jest jednym z zagadnień teorii transportu.

Woda. Związek chemiczny występujący w wielkiej obfitości na Ziemi. Woda jest dobrym izolatorem, ale zanieczyszczona domieszkami w mniejszym lub większym stopniu przewodzi prąd. Niewątpliwie zatem domieszki rozpuszczone w wodzie decydują o jej przewodnictwie elektrycznym. Pierwszym uczonym, który prowadził badania nad przepływem prądu przez wodne roztwory, był żyjący w latach 1791-1867 genialny samouk, Anglik Michael Faraday.

Dzięki wielkim uzdolnieniom i ogromnej pracowitości, z pomocnika introligatora doszedł do stanowiska profesora fizyki i chemii. Dokonał wielu doniosłych odkryć decydujących o rozwoju elektrotechniki. On właśnie zauważył, że prąd elektryczny płynąc przez wodne roztwory soli, kwasów i zasad zachowuje się zupełnie inaczej niż przepływając przez ciała stałe. O ile mianowicie pod wpływem prądu w ciałach stałych nie zachodzą żadne chemiczne zmiany – o tyle w roztworach wodnych ww. związków zachodzą pewne reakcje chemiczne zwane rozkładem. W kilkadziesiąt lat później zainteresował się tą sprawą pewien szwedzki uczony, Svante Arrhenius. Dalsze badania przepływu prądu w cieczach doprowadziły go do odkrycia praw rządzących tym przepływem i do wyjaśnienia, na czym właściwie polega wspomniany rozkład.

Cząstka każdego kwasu składa się z wodoru i tzw. reszty kwasowej. Cząstkę każdej zasady stanowi jakiś metal i powiązanie chemiczne wodoru z tlenem, zwane grupą wodorotlenową. Sól chemiczna jest wynikiem chemicznego działania jakiegoś kwasu na zasadę – dlatego w skład cząsteczki każdej soli wchodzi zawsze jakiś metal oraz wspomniana reszta kwasowa. W stanie suchym owe składniki kwasów, zasad i soli są ze sobą ściśle powiązane. Nie wykazują przy tym przewagi żadnego ładunku elektrycznego, pozostają więc elektrycznie obojętne. Z chwilą jednak zanurzenia w wodzie któregoś z tych ciał, z jego cząstkami zaczyna się dziać coś niezwykłego. Następuje natychmiastowy ich rozkład na poszczególne składniki, przy czym składniki te przestają być obojętne elektrycznie, wykazując wyraźną przewagę ładunków elektrycznych odmiennych znaków.

Wodór mianowicie i metale wykazują ładunki dodatnie, reszty kwasowe zaś i grupy wodorotlenowe – ładunki ujemne. Otóż taki rozkład zanurzonych w wodzie cząstek kwasów, zasad i soli naukowcy nazywają dysocjacją elektrolityczną. Produktom zaś tego rozkładu w postaci atomów i grup atomów wykazujących ładunki różnych znaków dano nazwę jonów. Mamy więc tu do czynienia z jonami dodatnimi (wodór i metale) i ujemnymi (reszty kwasowe i grupy wodorotlenowe). Sam zaś wodny roztwór kwasów, zasad czy soli nosi nazwę elektrolitu.

Jeszcze dziwniejsze rzeczy zaczną się dziać elektrolitem, gdy się doprowadzi do niego napięcie ze źródła. W tym celu na każdym z przeciwległych krańców naczynia z elektrolitem zanurza się metalową sztabkę lub płytkę, połączoną z odpowiednim biegunem źródła. Sztabki te zwane są elektrodami, przy czym elektroda połączona z dodatnim biegunem źródła stanowi anodę, z ujemnym zaś – katodę. Otóż natychmiast po przyłożeniu w ten sposób napięcia do elektrolitu zawarte w nim jony ujemne zaczną być przyciągane przez anodę (jako dysponującą nadmiarem ładunków dodatnich), jony zaś dodatnie rozpoczną wędrówkę ku katodzie (jako wykazującej przewagę ładunków ujemnych).

Mamy tu więc do czynienia w wędrówką jonów w dwóch przeciwnych kierunkach. Tej właśnie wędrówce zawdzięczają jony swą nazwę, gdyż jon to po grecku wędrowiec. Jony dodatnie – jako że dążą do katody – otrzymały nazwę kationów, jony ujemne ochrzczono mianem anionów, gdyż zdążają ku anodzie. Zawarte więc w elektrolicie jony wodoru i metali są kationami, podczas gdy jony reszt kwasowych i grup wodorotlenowych – anionami. To zaś, co dzieje się pod wpływem prądu elektrycznego w wodnych roztworach chemicznych soli, kwasów czy zasad, nazywamy elektrolizą.

Podobne prace

Do góry