Elektros srov skysiuose Darb atliko Radvilikio Lizdeikos gimnazijos

Elektros srovė skysčiuose Darbą atliko Radviliškio Lizdeikos gimnazijos 1 B klasės mokinė Brigita Zevakinaitė Mokytoja Vilma Andriušaitienė

Turinys O O O Skysčių rūšys pagal laidumą. . . 3 Laidininkai. . . . . 5 Elektrolitai ir jonai. . . . 7 Elektrolitinė disociacija. . . . 9 Elektrolizė. . . . . 11 Elektrolizės dėsnis. . . . 14 Elektrolizės taikymas. . . . 16 Užduotys. . . . . 20 Klausimynas. . . . . 22 Testas. . . . . . 33 Vandeninių tirpalų elektrolizė. . . 39 Informacijos šaltiniai. . . . 422

Skysčių rūšys pagal laidumą O Kaip ir kietieji kūnai, skysčiai gali būti: 1. Dielektrikai; 2. Laidininkai; 3. Puslaidininkiai. 3

O Prie dielektrikų priskiriamas distiliuotas vanduo. Įmerkus į jį elektrodus, srovė grandine neteka. O Prie laidininkų – elektrolitų (t. y. rūgščių, šarmų ir druskų) priskiriami tirpalai bei lydalai. O Skysti puslaidininkiai yra, pavyzdžiui, išlydytas selenas, sulfidų lydalai ir kitos medžiagos. 4

Laidininkai O Metalais, jų lydiniais, anglimi elektros srovė teka visiškai nekeisdama jų cheminės sudėties. O Tekant srovei, jie tik įšyla. O Tokios medžiagos vadinamos pirmosios rūšies laidininkais. O Joms būdingas elektroninis laidumas. 5

O Antrosios rūšies laidininkai (rūgščių, bazių, druskų tirpalai bei išlydytų dielektrikų) tekant srovei ne tik įšyla, bet ir chemiškai skyla į sudėtines dalis. 6

Elektrolitai ir jonai O Medžiagos, kurios ištirpintos arba išlydytos praleidžia elektros srovę, vadinamos elektrolitais. O Elektrolitui tirpstant vandenyje, molekulės suyra į teigiamą ir neigiamą elektros krūvį turinčias dalis – jonus. 7

Išlydytas elektrolitas Teigiamieji ir neigiamieji jonai Neelektrolitas (jo molekulės neskyla) Medžiagos molekulė Vandens molekulė Silpnas elektrolitas (suskyla nedaug jo molekulių) Teigiamas jonas Neigiamas jonas Stiprus elektrolitas (suskyla visos jo molekulės) 8

Elektrolitinė disociacija O Elektrolitine disociacija yra elektrolito molekulių (arba joninių junginių) skilimas į jonus joms tirpstant ar lydantis. O Elektrolitinės disociacijos reiškiniui turi įtakos molekulių šiluminis judėjimas. O Pakaitinus elektrolitą, padidėja molekulių šiluminio judėjimo vidutinė kinetinė energija, o kartu ir skaičius jonų porų, susidariusių per vienetinį laiką. 9

O Kylant temperatūrai, jonų koncentracija didėja, todėl elektrolito elektrinė varža mažėja. O Esant pastoviai tirpalo koncentracijai, jų laidumas padidėja 2 – 2, 5 %. O Susitikę priešingų ženklų jonai gali susijungti ir sudaryti neutralias molekules. Šis procesas vadinamas jonų rekombinacija. O Ji priklauso nuo tirpiklio dielektrinės skvarbos. 10

Elektrolizė O Nesant išorinio elektrinio lauko, tirpalo jonai ir molekulės juda netvarkingai. O Prijungus srovės šaltinį, jonai ima judėti kryptingai: teigiamieji – katodo link, neigiamieji – anodo link. O Taip elektrolite atsiranda elektros srovė (1 pav. ). 11

O Kadangi krūvį elektrolitų vandeniniais tirpalais arba lydalais perneša jonai, tai laidumas vadinamas joniniu laidumu. O Skysčiams ir skystiems metalams gali būti būdingas ir elektroninis laidumas. O Joninio laidumo atveju srovės tekėjimas susijęs su medžiagos pernešimu. O Tekant srovei, ant elektrodų nusėda medžiaga. 12

Energijos šaltinis Elektrolitas Anodas Katodas Elektrolizės vonelė O Medžiagos išsiskyrimas ant elektrodų tekant srovei elektrolitu vadinamas elektrolize. O Elektrolizės metu patys elektrodai gali reaguoti arba nereaguoti su elektrolitu. Bandymas 13

Elektrolizės dėsnis O Faradėjaus elektrolizės dėsnis: ant elektrodo nusėdusios medžiagos masė m yra tiesiogiai proporcinga elektros srovės stipriui I, jos tekėjimo trukmei t ir priklauso nuo medžiagos. m = k. It O Dydis k vadinamas tam tikros medžiagos elektrocheminiu ekvivalentu ir išreiškiamas kilogramais kulonui (kg/C). Jis priklauso nuo jonų masės ir valentingumo. 14

m = k. It O Kadangi It=q, elektolizės dėsnį galime užrašyti taip: m = kq O Taigi ant elektrodo išsiskyrusios medžiagos masė yra tiesiogiai proporcinga pratekėjusiam elektros krūviui. 15

Elektrolizės taikymas O Galvanostegija, arba elektrolitinis nusodinimas. Metalinio gaminio padengimas plonu metalo sluoksniu elektrolizės būdu. Padengiamas gaminys atstoja katodą, o padengiančiojo metalo jonai yra elektrolite. Auksavimas ir sidabravimas Chromavimas (prieš tai paviršius dengiamas metalu, paprastai variu arba nikeliu) stabdo koroziją 16

O Elektrolitinis gryninimas. Metalų gryninimo elektrolizės būdu metodas. Iš metalo, turinčio priemaišų, pagaminamas anodas. Anodo metalo jonai juda katodo link ir nusėda ant jo kaip grynas metalas. Priemaišos iškrinta indo dugne. O Metalų išskyrimas, arba ekstrakcija. Metalų išskyrimas iš susmulkintos jų rūdos elektrolizės būdu. Taip gaunami chemiškai labai aktyvūs metalai, pvz. , natris ir aliuminis. 17

Metalų išskyrimas Anglinis anodas + + + Aliuminio rūdos (aliuminio oksido) elektrolizė elektrolite - + + + + - - - - Aliuminio išeiga Anglinis katodas Aliuminio jonai prie katodo praranda krūvį ir virsta aliuminio atomais 18

O Elektrolizės būdu ant gaminio galima nusodinti storą metalo sluoksnį, paskui jį atskirti išlaikant formą. Toks įvairių gaminių tikslių kopijų gavimas vadinamas galvanoplastika. Ji taikoma skulptūroms, bareljefams, meno kūrinių kopijoms gaminti. O Elektrolizės reiškiniu pagrįstas akumuliatorių veikimas. Galvanoplastika 19

Užduotys 1. Vario sulfato tirpalu pratekėjo 30 C elektros krūvis. Apskaičiuokite ant elektrodo išsiskyrusio vario masę. Elektrocheminis vario ekvivalentas k = 0, 329 10 -6 kg/C. Rasti m Duota q = 30 C k = 0, 329 10 -6 kg/C m = kq = 0, 329 10 -6 30 = = 9, 87 10 -6 kg Ats. : 9, 87 10 -6 kg. 20

2. Iš vario sulfato tirpalo elektrolizės metu per 1 h išsiskyrė 20 g vario. Kokio stiprio srovė tekėjo elektrolitu? Elektrocheminis vario ekvivalentas yra 0, 33 10 -6 kg/C. m k Rasti Duota I t = 1 h = 60 min = 3600 s m = 20 g = 0, 02 kg k = 0, 33 10 -6 kg/C I t m = k. It įsistatome į trikampį ir iš jo sužinome kaip gauti I. I = m/kt = 0, 02/3600 0, 33 106 = = 0, 02/0, 001188 ≈ 16, 8 A Ats. : 16, 8 A. 21

Klausimynas 1. Ar yra elektrolituose laisvųjų elektronų? 2. Nuo ko priklauso elektrolitų elektrinis laidumas? Atsakymas: elektrolituose laisvųjų elektronų nėra, nes jie prisijungia prie jonų ir tampa atomais arba atvirkščiai. Atsakymas: elektrolitų elektrinis laidumas priklauso nuo tūrio vienete esančių jonų skaičiaus ir nuo jų judrumo. 22

4. Kam vandens elektrolizei reikalinga sieros rūgštis? Atsakymas: sieros rūgštis dalyvauja antrinėse reakcijose. 3. Molekulėms disocijuojant padidėja jonų potencinė energija. Dėl kokios energijos ji didėja? Atsakymas: dėl molekulių šiluminio judėjimo kinetinės energijos didėja jonų potencinė energija. 23

5. Elektrolitinis Atsakymas: iškyšose poliravimas ir tam tikri kiti susidaro stipresnis elektrolizės taikymo elektrinis laukas. atvejai yra pagrįsti tuo, kad Elektrolizė ir jos sukelti elektrolizės sukelti reiškiniai intensyviau reiškiniai ypač intensyviai vyksta tose vietose, kur vyksta elektrodo iškyšose. elektrinio lauko stipris yra Paaiškinkite šią ypatybę. didesnis. 24

Atsakymas: pasidabruoti ar paauksuoti plastmasinį papuošalą įmanoma galvanostegijos būdu, tik prieš elektrolizę dirbinys turi būti padengtas grafito sluoksniu. 6. Papuošalai yra sidabruojami, auksuojami. Ar tai įmanoma, jeigu papuošalas yra plastmasinis? 25

7. Į nuosekliai sujungtas vonias pripilta to paties, tik skirtingos koncentracijos elektrolito. Ar vienodas medžiagos kiekis išsiskirs ant elektrodų, įleistų į tas vonias? Ar elektrolizės metu keisis nesočiojo vario sulfato tirpalo koncentracija, jeigu anodas bus: a) Anglies strypas, b) Vario strypas? Atsakymas: visose voniose ant elektrodų išsiskirs vienodas medžiagos kiekis. a) Tirpalo koncentracija keisis, nes vario jonai nusės ant elektrodo; b) Tirpalo koncentracija nesikeis, nes jonų skaičius pasipildys iš varinio anodo. 26

Atsakymas: platinos, grafito arba anglies elektrodai nereaguoja su tirpalu ir ant jų išsiskiria medžiaga (pavyzdžiui, vykstant HCl elektrolizei išsiskiria H ir Cl). 8. Iš kokios medžiagos turi būti pagaminti elektrodai, kad ant jų išsiskirtų medžiaga? 27

9. Kodėl galvanotechnikoje reversuojama srovė (keičiama jos kryptis)? Atsakymas: ties metalo paviršiaus atsikišimais elektros laukas būna stipresnis negu ties lygiu paviršiumi, todėl pakeitus srovės kryptį metalas tampa anodu, atsikišimai bei nelygumai ištirpsta greičiau ir paviršius išsilygina. 28

10. Kodėl nedidelėse Atsakymas: du anodai galvaninėse voniose naudojami siekiant lygiau naudojamas ne vienas, o padengti gaminį. Dirbtiniai du anodai, tarp kurių poliruojami anodinio įtaisomas gaminys? Koks tirpinimo principu. yra metalinių dirbinių elektrolitinio poliravimo principas? 29

11. Buriniams laivams apsaugoti nuo korozijos taikomas protektorių metodas: prie plieninio korpuso paviršiaus įvairiose vietose pritvirtinami cinko lakštai. Kodėl tada korpusą mažiau veikia korozija? Atsakymas: cinko tirpimo potencialas yra didesnis negu geležies, todėl susidaro galvaninis elementas (cinkas, geležis, jūros vanduo), cinkas virsta neigiamuoju elektrodu ir tirpsta, o ant korpuso išsiskiria vandenilis. 30

12. Kodėl švino akumuliatorių elektrodai gaminami iš gerai išvalyto švino? 13. Prieš įkraunant akumuliatorių paaiškėjo, kad elektrolito lygis žemesnis už normalų, nors elektrolitas neištekėjo. Ką reikia daryti? Atsakymas: akumuliatorių elektrodai gaminami iš Atsakymas: į gerai išvalyto švino, nes akumuliatorių reikia įpilti priemaišos pagreitina savaiminį akumuliatoriaus distiliuoto vandens, o ne elektrolito. išsikrovimą. 31

14. Kodėl daiktų ar prietaisų detalių galvaninei dangai paprastai naudojamas nikelis ir chromas? 15. Reikia vario sluoksniu padengti elektros lanko anglies elektrodus. Koks turi būti elektrolitas ir anodas? Atsakymas: nes juos mažai veikia korozija. Atsakymas: elektrolitas – vario druskos tirpalas, anodas – varis. 32

Testas 1. Kas yra elektrolitai? a) Medžiagos, kurios ištirpintos arba išlydytos praleidžia elektros srovę. b) Teigiamą ir neigiamą elektros krūvį turinčios dalelės. c) Medžiagos, kurios nepraleidžia elektros srovės. 2. Susitikę priešingų ženklų jonai gali susijungti ir sudaryti neutralias molekules. Kaip vadinasi šis procesas? a) Elektrolitinė disociacija. b) Jonų rekombinacija. c) Elektrolizė. 33

4. Kas yra elektrolizė? 3. Kaip juda jonai, prijungus a) Jonų judėjimas skystyje. srovės šaltinį? b) Dalelių krypties a) Teigiamieji katodo link, pakeitimas elektrolite. neigiamieji anodo link. b) Teigiamieji anodo link, c) Medžiagos išsiskyrimas ant elektrodų tekant neigiamieji katodo link. srovei elektrolitu. c) Teigiamieji ir neigiamieji jonai juda katodo link. 34

5. Kuri formulė nusako Faradėjaus dėsnį? a) m = k. It. b) A = UIt. c) P = UI. 6. Ant elektrodo išsiskyrusi medžiagos masė yra tiesiogiai proporcinga: a) Atliktam darbui. b) Pratekėjusiam elektros krūviui. c) Jonų greičiui. 35

7. Kaip gaunami chemiškai labai aktyvūs metalai? a) Filtruojant metalo liekanas. b) Iš susmulkintos metalų rūdos elektrolizės būdu. c) Chromatografijos būdu. 8. Kur taikoma galvanoplastika? a) Plastiko dirbinių gaminime. b) Įvairių skysčių gaminime. c) Skulptūrų, bareljefų, meno kūrinių kopijų gaminime. 36

9. Kaip vadinami skysčiai, 10. Koks turi būti kuriais neteka elektros elektrolitas, kad suskiltų srovės? visos jo molekulės? a) Nelaidžiais skysčiais. a) Stiprus. b) Puslaidininkiais. b) Išlydytas. c) Dielektrikais. c) Silpnas. 37

Testo atsakymai 1. 2. 3. 4. 5. a) b) a) c) a) 6. b) 7. b) 8. c) 9. c) 10. a) 38

Vandeninių tirpalų elektrolizė O Elektrolizės bandymams atlikti galima panaudoti labai paprastą prietaisą. O Paimame du pieštukus. Vieną pieštuką prijungiame prie neigiamo srovės šaltinio poliaus, o kitą prie teigiamo šaltinio poliaus. 39

Ag. NO 3(aq) elektrolizė Distiliuoto vandens tirpalas elektros srovės nepraleidžia, elektrolizė nevyksta 40

Zn(NO 3)2(aq) elektrolizė Pb(NO 3)2(aq) elektrolizė Atlikus bandymą matome, kad ant elektrodų išsiskyrė medžiaga. Grįžti 41

Informacijos šaltiniai O http: //www. ik. su. lt/~mariusbm/Elektra/teorija/elektros _srove_skysciuose. html O http: //www. mokslai. lt/referatai/referatas/30894. html O http: //www. mokslai. lt/referatai/konspektas/5704. html O http: //www. studijos. lt/siukslynelis/referatas/3375/? pa ge=5 O http: //spargalkes. lt/fizika/901 -elektros-srov-skysiuosepera O http: //mokytojai. emokykla. lt/chemijajums/vande. htm 42

43