- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Hromadně přidat materiály
Elektrický proud v kapalinách, plynech a ve vakuu
F - Fyzika
Hodnocení materiálu:
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiál18) Elektrický proud v kapalinách a ve vakuu
Elektrický proud v kapalinách
Elektrolyt, elektrolytická disociace, elektrolýza
Roztoky kyselin, zásad a solí, popř. jejich taveniny, které vedou elektrický proud, se nazývají elektrolyty. Obsahují volně pohyblivé kladně a záporně nabité ionty. Mezi elektrolyty patří vodné roztoky solí (např. NaCl, KCl), kyselin (např. H2 SO4, HNO3) a zásad (např. KOH, NaOH).
Látky, které se ve vodném roztoku (nebo tavenině) neštěpí na volně pohyblivé ionty, a proto nevedou elektrický proud, jsou neelektrolyty. Patří mezi ně např. alkoholy, sacharidy, aldehydy, estery.
Elektrolytická disociace je děj, při kterém nastává rozpad látky na ionty způsobený rozpouštědlem. Je to samovolný proces, který končí dosažením rovnovážného stavu, při němž jsou v roztoku přítomny vždy dva druhy iontů – kationty (kladně nabité částice) a anionty (záporně nabité částice).
Kromě disociace je možné pro rozpad látky na ionty použít tavení. Např. v tavenině NaCl jsou ionty Na+ a Cl- a tavenina je rovněž elektrolytem.
Ionty spolu s molekulami rozpouštědla vykonávají tepelný pohyb. Aby vznikl elektrický proud, je nutné vytvořit v elektrolytu elektrické pole. Proto do elektrolytu vkládáme dvě elektrody připojené ke zdroji stejnosměrného napětí. Elektroda spojená s kladnou svorkou je anoda a elektroda spojená se zápornou svorkou je katoda.
Vznikem elektrického pole je vyvolán usměrněný pohyb iontů elektrolytu. Kationty putují ke katodě, anionty k anodě. Obvodem prochází elektrický proud. Ionty, které dospějí k elektrodám, odevzdávají svůj elektrický náboj. Mění se v neutrální atomy, či skupiny atomů a při tom se vylučují nebo reagují s materiálem elektrod, popř. s elektrolytem. S přenosem elektrického náboje nastává i přenos látky. Děj se nazývá elektrolýza.
Chemické změny při elektrolýze jsou složité děje, jejichž průběh ovlivňují napětí, teplota, koncentrace roztoku, materiály elektrod, přítomnost dalších iontů apod.
Příklady elektrolýzy:
Do vodného roztoku síranu měďnatého CuSO4 ponoříme dvě elektrody z mědi a připojíme je ke zdroji stejnosměrného napětí. Kationty Cu2+ přebírají z katody elektrony a vylučují se na ní jako neutrální atomy Cu. Anionty SO42- reagují s materiálem anody a vytvářejí nové molekuly CuSO4. Z anody přechází do roztoku tolik atomů mědi, kolik se jich vylučuje na katodě. Koncentrace roztoku se nemění
Do vodného roztoku CuSO4 ponoříme dvě elektrody z platiny. Po připojení zdroje napětí probíhá na katodě stejná reakce jako v předchozím příkladu. Anionty SO42- reagují s vodou a z elektrolytu se na anodě uvolňuje plynný kyslík.
Faradayovy zákony pro elektrolýzu
Z pokusů s elektrolýzou vyplývá, že při tomto ději se na katodě vždy vylučuje kov, nebo vodík. Také na anodě se může vylučovat látka, např. kyslík. Může také docházet jen k rozpouštění anody.
Každá vyloučená molekula přijme z katody nebo odevzdá anodě několik elektronů. Označme z počet elementárních nábojů potřebných pro vyloučení jedné molekuly. Projde-li povrchem elektrody celkový náboj Q = I × t, je počet vyloučených molekul N = Q / (z.e). Vynásobíme-li tento počet molekul hmotností jedné molekuly
kde Mm je molární hmotnost vyloučené látky a NA Avogadrova konstanta, dostaneme celkovou hmotnost vyloučené látky:
Veličina C × mol-1 je Faradayova konstanta.
Odvozený vztah vyjadřuje zákony, které experimentálně objevil anglický fyzik M. Faraday (feredi):
1. Faradayův zákon: Hmotnost m vyloučené látky je přímo úměrná součinu stálého proudu I a doby t, po kterou proud elektrolytem procházel:
Konstanta úměrnosti A, která je pro danou látku charakteristická, se nazývá elektrochemický ekvivalent látky. Hlavní jednotkou je kg × C-1. Např. pro měď je A = 329 mg × C-1. To znamená, že stálým proudem 1 A se za 1 s vyloučí na katodě 329 mg mědi. Pro jiné látky jsou hodnoty elektrochemického ekvivalentu A uvedeny v MFChT.
2. Faradayův zákon: Elektrochemický ekvivalent látky vypočteme, jestliže její molární hmotnost vydělíme Faradayovou konstantou a počtem elektronů potřebných k vyloučení jedné molekuly:
Látková množství různých látek vyloučených při elektrolýze týmž nábojem jsou chemicky ekvivalentní. (Mohou se navzájem nahradit v chemické sloučenině nebo se mohou beze zbytku sloučit.)
voltampérová charakteristika elektrolytického vodiče
Provedeme pokus podle obrázku. Do vaničky s vodným roztokem CuSO4 vložíme dvě měděné elektrody a sestavíme obvod. Potenciometrem postupně zvyšujeme napětí U na elektrodách a měříme proud I procházející elektrolytem. Zjistíme, že proud je přímo úměrný napětí. Platí tedy Ohmův zákon I = U / R, kde R je odpor elektrolytu. Graficky je závislost I na U znázorněna na obrázku.
Pokud snížíme hladinu elektrolytu nebo od sebe vzdálíme elektrody, proud se zmenší. Odpor elektrolytického vodiče splňuje vztah R = ρ × l / S, kde l je délka vodiče a S obsah jeho příčného řezu. Měrný elektrický odpor elektrolytu ρ závisí na jeho teplotě. S rostoucí teplotou klesá, protože se zmenšuje vnitřní tření, které způsobuje pomalejší pohyb iontů.
Při popsaném pokusu se na katodě vylučuje měď z elektrolytu z anody přechází měď (o stejné hmotnosti) do roztoku. Charakter elektrod a koncentrace elektrolytu se nemění.
Použijeme-li elektrody uhlíkové nebo platinové a jako elektrolyt zředěnou kyselinu sírovou, dostaneme jinou závislost proudu na napětí. Pokud potenciometrem (viz obrázek a) nastavíme malé napětí, vznikne v obvodu jen velmi malý proud, který za krátkou dobu opět zanikne v důsledku polarizace elektrod. Při pomalém zvyšování napětí se tento jev opakuje tak dlouho, dokud nepřekročíme tzv. rozkladné napětí Ur elektrolytu (viz obrázek c). Potom se proud I s napětím U lineárně zvyšuje. Tedy pro U > Ur platí vztah
kde R je odpor elektrolytu. Vztah se liší od Ohmova zákona pro část obvodu členem Ur. Graficky se tato závislost nazývá ampérvoltová charakteristika chemického zdroje a je na obrázku c.
Chemické zdroje elektrického napětí
Příčinou vzniku rozkladného napětí Ur jsou děje, které probíhají na elektrodách. Ponoříme-li do elektrolytu kovovou elektrodu, vzniká na rozhraní kovu a elektrolytu elektrická dvojvrstva. Např. při ponoření zinkové destičky do vodného roztoku síranu zinečnatého se působením přitažlivých sil polárních molekul vody uvolňují kationty zinku z krystalové mřížky. V zinkové destičce tak získávají převahu záporné náboje elektronů. Ionty zinku se však nerozptylují do vody, protože jsou zápornou destičkou přitahovány zpět k povrchu kovu. Na rozhraní elektrody a elektrolytu vzniká elektrické pole, které brání přechodu dalších iontů z kovu do roztoku, až se vytvoří rovnovážný stav. Ionty v roztoku a povrch kovu vytvářejí v rovnovážném stavu dvojvrstvu kladných a záporných nábojů (viz obrázek a). Ušlechtilejší kovy s menší rozpouštěcí schopností se nabíjejí vzhledem k roztokům (např. Cu ve vodném roztoku síranu měďnatého, obrázek b) kladně, protože ještě před dosažením rovnováhy se ionty v roztoku vylučují na elektrodě, dříve než přejdou ionty kovu do elektrolytu.
Napětí, které se vytváří při chemických reakcích mezi povrchem kovu a obklopujícím elektrolytem, je elektrolytický potenciál. Jde o charakteristické napětí pro danou dvojici elektroda – elektrolyt. Jeho absolutní hodnotu nelze určit. Určuje se jen poměrná hodnota elektrolytického potenciálu vzhledem k dohodou vybrané vodíkové elektrodě. Její potenciál označujeme za nulový. Potom např. elektrolytický potenciál pro měď je + 0,34 V, pro zinek – 0,76 V. Elektrochemická řada potenciálů různých elektrod je v MFChT.
Galvanické články
Různou kombinací elektrod a elektrolytů vznikne zdroj stejnosměrného napětí, který nazýváme galvanický článek (primární článek).
Nejjednodušší a historicky nejstarší je Voltův článek, který tvoří zinková a měděná elektroda ponořená do zředěné kyseliny sírové. Je-li elektrolytický potenciál pro měď a elektrolyt + 0,34 V a pro zinek a tentýž elektrolyt – 0,76 V, je elektromotorické napětí mezi elektrodami 1,1 V. Toto napětí lze měřit voltmetrem mezi elektrodami (viz obrázek). Zinková elektroda tvoří záporný pól a měděná elektroda kladný pól Voltova článku.
Jestliže k tomuto článku připojíme spotřebič, obvodem prochází elektrický proud. Napětí na svorkách zatíženého článku klesne na svorkové napětí. Proud ve vnějším obvodu je tvořen elektrony, v elektrolytu ionty a na povrchu elektrod probíhá výměna nábojů. Ze zinkové katody se odvádějí elektrony vnějším obvodem, rovnovážný stav mezi ní a elektrolytem se poruší. Proto do roztoku zředěné kyseliny sírové přecházejí další kladné ionty zinku a reagují s ionty SO42-Kladné vodíkové ionty obsažené v roztoku přibírají na měděné anodě elektrony přicházející vnějším obvodem od záporné elektrody. Tyto ionty se tak mění na elektricky neutrální částice a vylučují se na elektrodě.
V zapojeném Voltově článku se tedy z katody uvolňují do roztoku ionty Zn2+ a vzniká síran zinečnatý. Z roztoku se vylučuje vodík. Těmito ději se článek postupně znehodnocuje.
Daniellův článek se skládá ze zinkové elektrody ponořené do vodného roztoku ZnSO4 a měděné elektrody ponořené do vodného roztoku CuSO4. Oba elektrolyty jsou od sebe odděleny pórovitou stěnou, která zabraňuje smíchání, ale umožňuje přechod iontů. Elektromotorické napětí tohoto článku je 1,1 V.
Suchý článek je další druh galvanického článku, který se hlavně používá v kapesních svítilnách nebo v přenosných radiopřijímačích. Elektrodami článku jsou zinková nádobka tvaru válečku a uhlíková tyčinka (s mosaznou čepičkou) obklopená směsí burelu MnO2 a koksu. Jako elektrolyt slouží roztok salmiaku NH4Cl zahuštěný škrobem a dalšími přísadami. Shora je článek zalit asfaltem. Elektromotorické napětí je asi 1,5 V. Připojíme-li k článku např. žárovičku, prochází celým obvodem elektrický proud a uvnitř článku probíhá elektrolýza. Při ní se zinková elektroda rozpouští a na uhlíkové katodě se vylučuje vodík, který reaguje s burelem za vzniku vody. Rozpouštěním zinkové elektrody se článek postupně znehodnocuje.
Tři suché články spojené za sebou tvoří plochou baterii s elektromotorickým napětím 4,5 V. Potřeba malých přenosných baterií s vyšším napětím se vynuti
Vloženo: 14.05.2012
Velikost: 494,00 kB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Mohlo by tě zajímat:
Skupina předmětu F - Fyzika
Podobné materiály
- F - Fyzika - Elektrický proud v polovodičích, plynech a kapalinách
- F - Fyzika - Elektrický zdroj
- F - Fyzika - magnetoelektrický poměrový
- F - Fyzika - Elektrický proud v elektrolytech
- F - Fyzika - Elektrický proud v polovodičích
- F - Fyzika - Elektrický proud v kapalinách a plynech.
- F - Fyzika - Elektrický proud ve vodičích a polovidičích
- D - Dějepis - Myšlenkové a politické proudy 19.století
- E - Ekonomie - Hlavní makroekonomické proudy v historii, Základní ukazatele makroekonomie
- CJ - Český jazyk - Demokraticky proud ceske prozy mezivalecneho obdobi, spolecensky roman
- CJ - Český jazyk - Demokratický proud v meziválečné próze
- CJ - Český jazyk - Demokratický proud
- CJ - Český jazyk - Karel Čapek- demokratický proud v č. literatuře, Bass, Poláček, Glazarová
- F - Fyzika - Obvody stejnosměrného proudu
- F - Fyzika - Obvody střídavého proudu
- LIT - Literatura - Další proudy v české próze
- LIT - Literatura - Demokrat. proud v české próze
- LIT - Literatura - Demokratický proud meziválečné české prózy
- LIT - Literatura - Demokratický proud
- LIT - Literatura - Hlavní proudy a osobnosti české prózy 1. pol. 20. stol
- LIT - Literatura - Hlavní proudy a představitelé české prózy v letech 1945- 1968
- LIT - Literatura - Proudy a osobnosti české prózy
- LIT - Literatura - Příčiny a hlavní proudy českého národního obrození, myšlenka slovanské vzájemnosti
- LIT - Literatura - Tři proudy v české próze po roce 1968
- F - Fyzika - el. proud, el. obvody
- F - Fyzika - plyny, výboje, stříd. proud
- CJ - Český jazyk - Demokratický proud v české próze 20. a 30. let 20. století
- CJ - Český jazyk - Socialistický proud v české próze 20. a 30. let 20. století
- LIT - Literatura - Demokratický proud v České literatuře
- LIT - Literatura - Historická próza v proudu času (romantické a realistické z
- D - Dějepis - Nové Myšlenkov Proudy 1
- CJ - Český jazyk - Um. proudy přelomu 19. a 20. st.
- CJ - Český jazyk - Demokraticky proud 2
- CJ - Český jazyk - Demokraticky proud
- CJ - Český jazyk - Hlavní proudy v české próze mezi světovými válkami
- CJ - Český jazyk - Avantgardní umělecké proudy 1. pol. 20. století
- CJ - Český jazyk - Demokratický proud české meziválečné prózy
- LIT - Literatura - Demokratický proud
- CJ - Český jazyk - Moderní umělecké proudy na přelomu 19. – 20. století
- CJ - Český jazyk - Spisovatelé demokrat.proudu Čapek, Poláček..
- D - Dějepis - NOVÉ MYŠLENKOV PROUDY 1
- CJ - Český jazyk - demokraticky proud
- CJ - Český jazyk - NEJVÝZNAMNĚJŠÍ OSOBNOSTI A PROUDY..
- LIT - Literatura - Významní autoři a proudy ve světové literatuře po roce 1945 do současnosti
- F - Fyzika - střídavý proud
- F - Fyzika - Historie tepelných motorů,raketové a proudové motory
- LIT - Literatura - demokratický proud v české literatuře
- F - Fyzika - Obvod stejnosměrného elektrického proudu
- F - Fyzika - Pojmy střídavého proudu
Copyright 2024 unium.cz