Vypracovala: B. Horváthová

 

 

Väčšina kvapalín v čistom stave sú izolanty. Roztoky kyselín, zásad a solí, ktoré vedú elektrický prúd sa nazývajú elektrolyty. Pri rozpustení kyselín, solí a zásad vo vode dochádza k vzniku iónov pôsobením molekúl rozpúšťadla. Jav sa nazýva elektrolytická disociácia. Napríklad: H2SO4 → 2H+ + SO4- ; NaCl → Na+ + Cl-

 

Pripojením elektrického zdroja k elektródam vyvoláme elektrický prúd. Elektrické pole vyvolá usmernený pohyb katiónov a aniónov. Vzniká elektrolýza. Elektrolýza je jav, keď pri prechode prúdu elektrolytom nastávajú na elektródach látkové zmeny. Ióny , keď dorazia k elektróde, odovzdajú jej svoj náboj, menia sa na atómy alebo molekuly, ktoré sa môžu buď vylúčiť na povrchu elektródy, alebo chemicky reagovať s materiálom elektródy.

 

 

Na obrázku vidíme elektrolýzu v roztoku CuCl2

 

Ďalší príklad elektrolýzy:

 

 

Na katóde sa vylučuje plynný vodík a na anóde kyslík. Vznikajú nové molekuly H2SO4, koncentrácia sa zvyšuje. Vylúčené látky vytvárajú s elektrolytom nové elektrické dvojvrstvy. V tomto prípade Trvalý prúd prechádza elektrolytom iba vtedy, ak je napätie U ≥ UR rozkladné napätie. Vznik rozkladného napätia súvisí s dejmi, ktoré prebiehajú na elektródach.

 

Faradayove zákony elektrolýzy

Na katóde sa vylučuje vodík alebo kov. Procesy na anóde môžu byť zložitejšie - môžu sa na nej vylučovať rôzne látky, môže dochádzať ku rozpúšťaniu anódy. Na vylúčenie jednej molekuly musia ióny prijať v elementárnych nábojov. Nábojom Q sa vylúči N molekúl; N = Q / q = Q / (v.e); keďže hmotnosť jednej molekuly je m0 = Mm / NA, nábojom Q sa vylúči m látky m = N.m0. Potom platí:

  • m = {Q / (v.e)}.(Mm / NA) = (Mm / v.F).Q = A.Q = A.l.t

  • F = e.NA = 9,652.104 C.mol-1 je Faradayova konštanta a elektrochemický ekvivalent látky A = Mm / v.F

 

1. Faradayov zákon: Hmotnosť m vylúčenej látky je priamoúmerná náboju, ktorý elektrolytom prešiel. (m =A.Q)

 

2. Faradayov zákon: Látkové množstvá rôznych látok vylúčených pri elektrolýze rovnako veľkým nábojom sú chemicky ekvivalentné, to jest môžu sa navzájom nahradiť v chemickej zlúčenine alebo sa môžu bezo zvyšku zlúčiť.

 

Elektrolýza sa využíva v metalurgii, galvanickom pokovovaní, galvanickom leptaní...

 

Plyny sú pri bežných teplotách a tlakoch veľmi dobré izolanty. Vodivými sa plyny stanú ionizáciou. Dodaním energie sa z molekúl plynu uvoľňujú elektróny a z molekúl vznikajú katióny. Uvoľnené elektróny sa môžu pripájať k neutrálnym molekulám a vytvárať tak anióny. Opačný proces k ionizácii je rekombinácia.

 

Ionizátor alebo ionizačné činidlo vyvoláva ionizáciu atómov a molekúl. Ionizátorom je rontgenove alebo gama žiarenie, prúd elektrónov zo žeravého kovu. Plyny možno ionozovať aj zahriatím na vysokú teplotu. Ionizácia nárazom je vznik voľných elektrónov a iónov pri zrážkach elektrónov a iónov s molekulami plynu.

 

Elektrický prúd v plyne sa volá výboj. Podmienkou vzniku výboja je existencia voľných elektrónov a iónov v plyne a elektrická energia dodávaná do plynu. Výboj môže byť samostatný alebo nesamostatný.

 

Nesamostatný elektrický výboj je elektrický prúd v plyne, ktorý je podmienený prítomnosťou ionizátora. Výboj zanikne v okamihu, keď ionizátor prestane pôsobiť.

 

Samostatný elektrický výboj je výboj v plyne, ktorý ku svojej existencii nepotrebuje prítomnosť ionizátora a udrží sa vlastnou ionizáciou. Elektróny sú elektrickým poľom urýchlené natoľko, že pri zrážkach ionizujú neutrálne molekuly, dochádza k ionizácii nárazom.

 

 

Na volt ampérovej charakteristike výboja v plyne vidíme, že napätie je menšie ako Un  s rastúcim napätím vrastá aj prúd . Medzi nasýteným napätím a zápalným napätím sa všetky ióny a elektróny podieľajú na vedení prúdu, prúd sa nezvyšuje (nasýtený prúd).

 

Ak je napätie väčšie ako zápalné napätie, počet ionizovaných molekúl lavínovite narastá. Plyn vedie prúd bez prítomnosti vonkajšieho ionizátora.

 

Samostatný výboj môže byť:

  • Oblúkový výboj – je to samostatný výboj medzi rozžeravenými elektródami, charakteristický vysokými prúdmi a teplotami. Používa sa pri oblúkovom zváraní kovov.

  • Iskrový výboj – je samostatný výboj krátkodobý, vzniká pri vysokom napätí medzi dvoma vodičmi pri atmosferickom tlaku. Iskrovým výbojom je aj blesk, ktorým sa vyrovnáva veľmi vysoké napätie medzi dvoma mrakmi. Vzniká aj medzi elektródami sviečky v zážihovom motore automobilu.

  • Koróna – samostatný výboj, vzniká v silnom elektrickom poli v blízkosti drôtov, hrán, hrotov. Tento výboj spôsobuje straty na vedení vysokého napätia, ruší rozhlas a televíziu.

  • Tlecí výboj – je samostatný výboj s viditeľnou zložkou. Prebieha vo výbojkách, výbojových trubiciach pri zníženom tlaku. Tlecí výboj v sodíkových, ortuťových výbojkách v žiarivkách je úsporným zdrojom svetla. Svetlo výbojok je pri danom príkone 5-krát intenzívnejšie ako svetlo klasických žiaroviek.

 

Ak znížime tlak v trubici na hodnotu rádovo 1 Pa, je elektrický prúd tvorený elektrónmi uvoľňovanými z katódy. Tok elektrónov uvoľnených z katódy sa volá katódové žiarenie.

 

Pri interakcii katódového žiarenia s látkami sa energia elektrónov mení na –mechanickú energiu, svetelnú energiu, energiu elektromagnetického žiarenia. Zariadení využívajúcim katódové lúče je televízna obrazovka, počítačový monitor.

 

Zdroj: http://www.fronius.com/internet/img_sk/ST/product_SQ_E-Hand.jpg

 

Vidíme oblúkové ručné zváranie.

 

Úlohy:

1) Čo je to elektrolyt?

2) Povedzte Faradayove zákony elektrolýzy.

3) Charakterizujte rozličné samostatné výboje.

 

Použitá literatúra:

Tarábek – Zmaturuj z fyziky

Lank, Vondra – Fyzika v kocke pre stredné školy