전해질의 전류

전해질의 전류는 항상 물질 전달과 관련이 있습니다. 예를 들어 금속과 반도체에서는 전류가 통과할 때 물질이 전달되지 않습니다. 이러한 매체에서는 전자와 정공이 전류 운반자이지만 전해질에서는 전달되기 때문입니다. 이는 전해질에서 물질의 양전하 및 음전하 이온이 전자나 정공이 아닌 자유 전하의 운반자 역할을 하기 때문입니다.

많은 금속의 용융 화합물과 일부 고체는 전해질에 속합니다. 그러나 기술에서 널리 사용되는 이러한 유형의 전도체의 주요 대표자는 무기산, 염기 및 염의 수용액입니다.

물질은 전류가 전해질 매질을 통과할 때 전극에서 방출됩니다. 이 현상을 전기분해… 전류가 전해질을 통과하면 물질의 양전하와 음전하를 띤 이온이 동시에 반대 방향으로 움직입니다.

음전하를 띤 이온(음이온)은 전류원(양극)의 양극으로, 양전하를 띤 이온(양이온)은 음극(음극)으로 돌진합니다.

산, 염기 및 염 수용액의 이온 공급원은 중성 분자이며, 일부는 적용된 전기력의 작용으로 분리됩니다. 중성 분자가 쪼개지는 이러한 현상을 전해 해리라고 합니다. 예를 들어, 염화구리 CuCl2는 수용액에서 해리되어 염화물 이온(음전하)과 구리(양전하)로 분해됩니다.

전극이 전류원에 연결되면 염소 음이온이 양극(양극)으로 이동하고 구리 양이온이 음극(음극)으로 이동함에 따라 전기장이 용액 또는 용융 이온에 작용하기 시작합니다.

음극에 도달하면 양전하를 띤 구리 이온이 음극에서 과잉 전자에 의해 중화되어 음극에 증착되는 중성 원자가 됩니다. 양극에 도달하면 음전하를 띤 염소 이온이 양극의 양전하와 상호 작용하는 동안 각각 하나의 전자를 제공합니다. 이 경우 형성된 중성 염소 원자는 쌍으로 결합하여 Cl2 분자를 형성하고 염소는 양극에서 기포 형태로 방출됩니다.

종종 전기 분해 공정은 전극에서 방출된 분해 생성물이 용매 또는 전극 물질과 직접 상호 작용할 때 해리 생성물의 상호 작용(이를 2차 반응이라고 함)을 동반합니다. 예를 들어, 황산구리(황산구리 - CuSO4) 수용액의 전기분해를 생각해 보십시오.이 예에서 전극은 구리로 만들어집니다.

황산구리 분자는 해리되어 양전하를 띤 구리 이온 Cu+와 음전하를 띤 황산이온 SO4-를 형성합니다. 중성 구리 원자는 음극에 고체 증착물로 증착됩니다. 이런 식으로 화학적으로 순수한 구리를 얻습니다.

황산염 이온은 양극에 2개의 전자를 제공하고 중성 라디칼 SO4가 되어 즉시 구리 양극과 반응합니다(2차 양극 반응). 양극에서의 반응 생성물은 황산구리이며, 이는 용액으로 들어간다.

황산구리 수용액에 전류를 흘려주면 양극 구리가 서서히 용해되어 음극에 구리가 석출되는데 이때 황산구리 수용액의 농도는 변하지 않는다.

1833년 영국의 물리학자 마이클 패러데이는 실험 과정에서 그의 이름을 딴 전기 분해 법칙을 확립했습니다.

패러데이의 법칙을 통해 전기 분해 중에 전극에서 방출되는 1차 생성물의 양을 결정할 수 있습니다. 법칙은 다음과 같이 명시합니다. "전기분해 동안 전극에서 방출된 물질의 질량 m은 전해질을 통과한 전하 Q에 정비례합니다."

이 공식에서 비례 계수 k를 전기화학적 등가물이라고 합니다.

전기 분해 중에 전극에서 방출되는 물질의 질량은 이 전극에 온 모든 이온의 총 질량과 같습니다.

공식에는 전하 q0와 이온의 질량 m0 및 전해질을 통과한 전하 Q가 포함됩니다.N은 전하 Q가 전해질을 통과할 때 전극에 도달한 이온의 수입니다.따라서 전하량 q0에 대한 이온 m0의 질량 비율을 k의 전기화학적 당량이라고 합니다.

이온의 전하는 수치적으로 물질의 원자가와 기본 전하의 곱과 같기 때문에 화학적 당량은 다음과 같은 형식으로 나타낼 수 있습니다.

여기에서 Na는 아보가드로 상수, M은 물질의 몰 질량, F는 패러데이 상수입니다.

실제로 패러데이 상수는 전극에서 1몰의 1가 물질을 방출하기 위해 전해질을 통과해야 하는 전하의 양으로 정의할 수 있습니다. 패러데이의 전기 분해 법칙은 다음과 같은 형식을 취합니다.

전기 분해 현상은 현대 생산에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 알루미늄, 구리, 수소, 이산화망간 및 과산화수소는 전기분해에 의해 산업적으로 생산됩니다. 많은 금속이 광석에서 추출되고 전기분해(전기정련 및 전기추출)에 의해 처리됩니다.

또한 전기 분해 덕분에 화학적 전류원… 전기 분해는 폐수 처리(전기 추출, 전기 응고, 전기 부상)에 사용됩니다. 많은 물질(금속, 수소, 염소 등)이 전기분해에 의해 얻어진다. 전기 도금 및 전기 도금을 위해.

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