Електричний струм в електролітах. Електроліз. Перший закон Фарадея

Фізика 9 клас · Підручник Бар'яхтар 2025 · НУШ



Золото за 6 мікронів — це фізика!

Прикраса з таємницею

Виглядає золотою, але насправді — срібна з тонким шаром золота (6 мкм), нанесеним електрохімічним способом.

Навколо нас — електроліз

Хромований автодиск, алюмінієві деталі — все це результат електролізу.

Питання уроку

Як електричний струм змушує метал «осідати» на поверхні?

Що таке електроліти?

Визначення

Електроліти — тверді або рідкі речовини, які мають йонну провідність.

Приклади електролітів

  • Розчини солей, кислот, лугів
  • Розплави солей та оксидів металів

Важливо!

Чиста вода — діелектрик; розчин кухонної солі — провідник.

Електролітична дисоціація

1

Кристал NaCl у воді

Полярні молекули H₂O оточують йони натрію та хлору й відривають їх від кристала.

2

Реакція дисоціації

NaCl → Na⁺ + Cl⁻

3

Результат

У розчині з'являються вільні заряджені частинки — катіони (+) та аніони (−).

Електричний струм в електролітах

Механізм провідності

Струм в електролітах — це напрямлений рух вільних позитивних і негативних йонів.

Рух йонів у полі

  • Катіони (+) рухаються до катода (−)
  • Аніони (−) рухаються до анода (+)

Залежність опору електроліту від температури

Метали vs Електроліти

Метали

Температура ↑ → опір ↑

Електроліти

Температура ↑ → йонів більше → опір ↓

Зі зростанням температури кількість йонів в електроліті значно збільшується, тому, незважаючи на збільшення кількості ефективних зіткнень, опір електроліту зменшується — протилежно до металів.

Що таке електроліз?

Визначення

Електроліз — процес виділення речовин на електродах, пов'язаний з окисно-відновними реакціями під час проходження струму через електроліт.

Приклад: електроліз CuCl₂

  • На катоді осідає мідь (Cu)
  • На аноді виділяється хлор (Cl₂)

Процес електролізу: катод і анод

Катод (−) — відновлення

Катіони Cu²⁺ підходять до катода і «захоплюють» електрони.

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

На катоді осідає мідь.

Анод (+) — окиснення

Аніони Cl⁻ підходять до анода і «віддають» електрони.

2Cl⁻ − 2e⁻ → Cl₂

На аноді виділяється хлор.

Перший закон Фарадея

Встановлено експериментально у 1833–1834 рр.

Формулювання

Маса речовини, що виділяється на електроді, прямо пропорційна силі струму та часу його проходження.

Формула

m = k · I · t

  • m — маса речовини (кг)
  • k — електрохімічний еквівалент (кг/Кл)
  • I — сила струму (А)
  • t — час (с)

Електрохімічний еквівалент

Що таке k?

k — електрохімічний еквівалент речовини [кг/Кл].

Чисельно дорівнює масі речовини, що виділяється при проходженні заряду 1 Кл через електроліт.

Застосування електролізу

Гальваностегія

Нанесення тонкого захисного шару металу: хромування, нікелювання, золочення деталей.

Гальванопластика

Виготовлення точних копій предметів — матриці, барельєфи, медалі.

Рафінування металів

Очищення міді, нікелю від домішок: анод — брудний метал, катод — чистий.

Електрометалургія

Добування алюмінію, натрію з розплавів електролітів.

Підсумок уроку

Електроліти

Речовини з йонною провідністю; струм — рух катіонів і аніонів.

Дисоціація

Розпад речовин на йони під дією полярних молекул розчинника.

Електроліз

Виділення речовин на електродах при проходженні струму через електроліт.

Закон Фарадея

m = k · I · t — основна формула електролізу.

Застосування

Гальваностегія, гальванопластика, рафінування, електрометалургія.