Електричний струм в рідинах: його походження, кількісні та якісні характеристики
Практично кожній людині відомо визначення електричного струму як спрямований рух заряджених частинок. Однак вся справа в тому, що походження і рух його в різних середовищах досить сильно відрізняється один від одного. Зокрема, електричний струм в рідинах має дещо іншими властивостями, ніж впорядкований рух заряджених частинок. Мова йде про ті ж металевих провідниках.
Основна відмінність полягає в тому, що струм в рідинах - це рух заряджених іонів, тобто атомів або навіть молекул, які з якої-небудь причини втратили або придбали електрони. При цьому одним з показників цього руху є зміна властивостей того речовини, яким дані іони проходять. Спираючись на визначення електричного струму, ми можемо припустити, що при розкладанні негативно заряджені іони будуть рухатися в бік позитивного джерела струму, а позитивні, навпаки, до негативного.
Процес розкладання молекул розчину на позитивні і негативні заряджені іони отримав в науці назву електролітичноїдисоціації. Таким чином, електричний струм в рідинах виникає внаслідок того, що, на відміну від того ж металевого провідника, змінюється склад і хімічні властивості цих рідин, результатом чого є процес переміщення заряджених іонів.
Електричний струм в рідинах, його походження, кількісні та якісні характеристики були однією з головних проблем, вивченням якої довгий час займався знаменитий фізик М. Фарадей. Зокрема, за допомогою численних експериментів йому вдалося довести, що маса виділяється при електролізі речовини безпосередньо залежить від кількості електрики і часу, протягом якого цей електроліз здійснювався. Ні від яких інших причин, за винятком роду речовини, ця маса не залежить.
Крім того, вивчаючи струм в рідинах, Фарадей експериментально з'ясував, що для виділення одного кілограма будь-якої речовини при електролізі необхідно одне і те ж кількість електричних зарядів. Ця кількість, рівне 9,65•10 липня к., Отримало назву числа Фарадея.
На відміну від металевих провідників, електричний струм в рідинах виявляється оточеним молекулами води, які значно ускладнюють пересування іонів речовини. У зв'язку з цим, в будь-якому електроліті можливе утворення струму тільки невеликого напруги. У той же час, якщо температура розчину підвищується, то його провідність збільшується, а напруженість електричного поля зростає.
Електроліз володіє ще однією цікавою властивістю. Вся справа в тому, що ймовірність розпаду тієї чи іншої молекули на позитивні і негативні заряджені іони тим вище, чим більше число молекул власне речовини і розчинника. В той же час, в певний момент настає перенасичення розчину іонами, після чого провідність розчину починає знижуватися. Таким чином, найбільш сильна електролітична дисоціація буде проходити в розчині, де концентрація іонів вкрай невелика, проте напруженість електричного струму в таких розчинах буде вкрай низькою.
Процес електролізу знайшов широке застосування в різних промислових виробництвах, пов'язаних з проведенням електрохімічних реакцій. До числа найбільш важливих з них можна віднести отримання металу за допомогою електролітів, електроліз солей, що містять хлор і його похідні, окислювально-відновні реакції, отримання такого необхідного речовини, як водень, полірування поверхонь, гальваніка. Наприклад, на багатьох підприємствах машино- та приладобудування вельми поширений метод рафінування, який представляє собою отримання металу без всяких непотрібних домішок.