Најважније из лекције
Контактна разлика потенцијала: Напон на споју два различита метала (настаје услед различитих излазних радова и концентрација електрона). Разлика температура на спојевима ствара струју (термопар).
Струја у електролитима: Струју преносе јони настали електролитичком дисоцијацијом. Омов закон важи (\( I \sim U \)).
Утицај температуре: Са порастом температуре отпорност електролита опада јер расте степен дисоцијације (супротно металима).
Електролиза и Фарадејев закон: Катјони (\(+\)) иду на катоду (\(-\)), а анјони (\(-\)) на аноду (\(+\)). Издвојена маса је \( m = k \cdot q = k \cdot I \cdot t \).
Струја у електролитима: Струју преносе јони настали електролитичком дисоцијацијом. Омов закон важи (\( I \sim U \)).
Утицај температуре: Са порастом температуре отпорност електролита опада јер расте степен дисоцијације (супротно металима).
Електролиза и Фарадејев закон: Катјони (\(+\)) иду на катоду (\(-\)), а анјони (\(-\)) на аноду (\(+\)). Издвојена маса је \( m = k \cdot q = k \cdot I \cdot t \).
Контактна разлика потенцијала је напон који настаје на споју два различита метала. Вредност овог напона креће се од неколико десетих делова волта до неколико волти.
Настанак контактне разлике потенцијала последица је:
- Разлике излазних радова електрона из различитих метала (доминантан утицај, обично од \( 2{,}3\text{ eV} \) до \( 5{,}9\text{ eV} \)).
- Дифузије електрона услед различитих концентрација слободних електрона (електрони прелазе из метала са већом у метал са мањом концентрацијом).
Термопар чине два проводника од различитих метала спојена на крајевима у затворено струјно коло. Ако се спојеви налазе на различитим температурама, долази до разлике у контактним напонима и кроз коло протиче електрична струја. Зато се термопарови користе као врло прецизни сензори за мерење температуре (у опсегу од \(-270\text{ }^\circ\text{C}\) до \(+2300\text{ }^\circ\text{C}\)).
Да ли ће кроз затворено струјно коло сачињено од два различита метала протицати струја ако су оба споја на истој температури од \(20\text{ }^\circ\text{C}\)?
Одговор: Неће протицати струја. Иако на сваком споју постоји контактна разлика потенцијала, пошто су температуре спојева једнаке, напони на оба споја су исте јачине али супротног смера, па се међусобно поништавају.
Електролити су раствори (или растопи) супстанци који проводе електричну струју. Носиоци наелектрисања у електролитима су позитивни и негативни јони.
Електролитичка дисоцијација је процес разлагања молекула растворене супстанце на позитивне и негативне јоне под утицајем молекула растварача (нпр. \( \text{NaCl} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{Cl}^- \)).
Електрична проводљивост електролита расте са повећањем концентрације слободних јона у раствору. Чиста (дестилована) вода не проводи струју јер се састоји од електронеутралних молекула.
Када у дестиловану воду додамо кухињску со (\( \text{NaCl} \)), сијалица повезана у коло са уроњеним електродама ће засветлети. Додавањем веће количине соли, концентрација јона расте, проводљивост се повећава, а сијалица светли јаче.
Омов закон важи и за електролите: јачина струје кроз електролит сразмерна је напону између електрода (\( I \sim U \)), јер се јони под утицајем електричног поља и силе отпора средине врло брзо крећу константном средњом брзином.
Зависност отпорности од температуре:
Код електролита са порастом температуре електрична отпорност опада (проводљивост расте).
Разлог: На вишим температурама већи број молекула дисосује, чиме се знатно повећава концентрација слободних носилаца наелектрисања (јона). Код метала је супротно – њихова отпорност са температуром расте.
Код електролита са порастом температуре електрична отпорност опада (проводљивост расте).
Разлог: На вишим температурама већи број молекула дисосује, чиме се знатно повећава концентрација слободних носилаца наелектрисања (јона). Код метала је супротно – њихова отпорност са температуром расте.
Како се мења електрична отпорност воденог раствора кухињске соли када се раствор загреје са \(20\text{ }^\circ\text{C}\) на \(60\text{ }^\circ\text{C}\)?
Одговор: Електрична отпорност раствора ће се смањити (опасти), јер загревање поспешује електролитичку дисоцијацију и повећава број слободних јона.
Електролиза је процес издвајања састојака електролита на електродама услед протицања електричне струје:
- Позитивни јони (катјони) крећу се ка негативној електроди (катоди).
- Негативни јони (анјони) крећу се ка позитивној електроди (аноди).
Први Фарадејев закон електролизе:
Маса супстанције издвојене на електроди сразмерна је количини наелектрисања која је протекла кроз електролит.
Маса супстанције издвојене на електроди сразмерна је количини наелектрисања која је протекла кроз електролит.
\[ m = k \cdot q = k \cdot I \cdot t \]
где су:
\( m \) – маса издвојене супстанције (\(\text{kg}\) или \(\text{g}\))
\( q \) – количина протеклог наелектрисања (\(\text{C}\))
\( I \) – јачина електричне струје (\(\text{A}\))
\( t \) – време протицања струје (\(\text{s}\))
\( k \) – електрохемијски еквивалент супстанције (\(\text{kg/C}\) или \(\text{mg/C}\)), карактеристичан за сваку врсту јона.
\( m \) – маса издвојене супстанције (\(\text{kg}\) или \(\text{g}\))
\( q \) – количина протеклог наелектрисања (\(\text{C}\))
\( I \) – јачина електричне струје (\(\text{A}\))
\( t \) – време протицања струје (\(\text{s}\))
\( k \) – електрохемијски еквивалент супстанције (\(\text{kg/C}\) или \(\text{mg/C}\)), карактеристичан за сваку врсту јона.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Кроз раствор електролита протекне количина наелектрисања од \( 800\text{ C} \). Колика маса супстанције се издвојила на катоди ако је електрохемијски еквивалент те супстанције \( k = 0{,}3\text{ mg/C} \)?
Полазимо од Првог Фарадејевог закона електролизе:
\[ m = k \cdot q \]
\[ m = 0{,}3\text{ mg/C} \cdot 800\text{ C} = 240\text{ mg} = 0{,}24\text{ g} \]
Одговор: На катоди се издвојило \( 240\text{ mg} \) (односно \( 0{,}24\text{ g} \)) супстанције.
Задатак 2 (средњи): Приликом електролизе кроз електролит протиче стална струја јачине \( 2{,}5\text{ A} \) у току времена од \( 20\text{ минута} \). Ако је електрохемијски еквивалент издвојеног метала \( k = 0{,}329\text{ mg/C} \), колика је маса издвојеног метала?
Претворимо време у секунде:
\[ t = 20\text{ min} = 20 \cdot 60\text{ s} = 1200\text{ s} \]
Израчунавамо протекло наелектрисање:
\[ q = I \cdot t = 2{,}5\text{ A} \cdot 1200\text{ s} = 3000\text{ C} \]
Примењујемо формулу за масу:
\[ m = k \cdot q = 0{,}329\text{ mg/C} \cdot 3000\text{ C} = 987\text{ mg} = 0{,}987\text{ g} \]
Одговор: Издвојена маса метала износи \( 0{,}987\text{ g} \).
Задатак 3 (тежак): Током електролизе раствора соли неког метала, струја јачине \( 4\text{ A} \) таложила је метал на катоди у трајању од \( 40\text{ минута} \text{ и } 10\text{ секунди} \). Измерено је да се маса катоде повећала за \( 1{,}14\text{ g} \). Колики је електрохемијски еквивалент тог метала?
Преводимо податке у основне јединице:
\[ t = 40\text{ min } 10\text{ s} = 40 \cdot 60 + 10 = 2410\text{ s} \]
\[ m = 1{,}14\text{ g} = 1140\text{ mg} \]
Количина протеклог наелектрисања:
\[ q = I \cdot t = 4\text{ A} \cdot 2410\text{ s} = 9640\text{ C} \]
Из формуле \( m = k \cdot q \) изражавамо електрохемијски еквивалент \( k \):
\[ k = \frac{m}{q} = \frac{1140\text{ mg}}{9640\text{ C}} \approx 0{,}118\text{ mg/C} = 1{,}18 \cdot 10^{-7}\text{ kg/C} \]
Одговор: Електрохемијски еквивалент метала износи приближно \( 0{,}118\text{ mg/C} \).
