Најважније из лекције
Други Фарадејев закон: Електрохемијски еквивалент \( k = \frac{1}{F}\frac{M}{z} \) зависи од моларне масе и валенце јона (\( F \approx 96\,500\text{ C} \)).
Примена електролизе: Пречишћавање бакра, добијање \( \text{H}_2 \) и \( \text{O}_2 \) из воде, поцинковање, хромирање и позлата.
Термоелектронска емисија: Излазак електрона из метала при загревању када електрони добију енергију већу од излазног рада.
Катодна цев: Користи термоелектроне у вакууму, формира електронски млаз који се отклања електричним или магнетним пољем и ствара слику на флуоресцентном екрану.
Струја у гасовима: Гасови постају проводни тек након јонизације, при чему струју чине јони и електрони.
Примена електролизе: Пречишћавање бакра, добијање \( \text{H}_2 \) и \( \text{O}_2 \) из воде, поцинковање, хромирање и позлата.
Термоелектронска емисија: Излазак електрона из метала при загревању када електрони добију енергију већу од излазног рада.
Катодна цев: Користи термоелектроне у вакууму, формира електронски млаз који се отклања електричним или магнетним пољем и ствара слику на флуоресцентном екрану.
Струја у гасовима: Гасови постају проводни тек након јонизације, при чему струју чине јони и електрони.
Електрохемијски еквивалент \( k \) директно је сразмеран моларној маси јона, а обрнуто сразмеран његовој валенци.
\[ k = \frac{1}{F} \frac{M}{z} \]
где су:
\( k \) – електрохемијски еквивалент супстанце,
\( M \) – моларна маса супстанце,
\( z \) – валенца јона,
\( F \) – Фарадејева константа (\( F \approx 96\,500\text{ C} \)).
\( k \) – електрохемијски еквивалент супстанце,
\( M \) – моларна маса супстанце,
\( z \) – валенца јона,
\( F \) – Фарадејева константа (\( F \approx 96\,500\text{ C} \)).
Јединица електрохемијског еквивалента је килограм по кулону \( \left[\frac{\text{kg}}{\text{C}}\right] \), а често се користи и милиграм по кулону \( \left[\frac{\text{mg}}{\text{C}}\right] \).
Први Фарадејев закон објашњава да је маса сразмерна количини наелектрисања јер јони преносе наелектрисање при таложењу, док Други Фарадејев закон прецизно одређује коефицијент пропорционалности \( k \).
Електролиза има широку примену у хемијској и металуршкој индустрији:
- Рафинација и добијање метала: Индустријска производња чистог бакра (чист бакар се таложи на катоди, док нечистоће падају на аноди).
- Електролиза воде: Растављање воде на елементарне гасове – водоник и кисеоник.
- Галваностегија (заштита од корозије): Наношење танког слоја цинка на предмете од челика или гвожђа (поцинковање).
- Галванопластика и позлата: Наношење танких декоративних или заштитних слојева злата, хрома или никла на металне предмете.
Излазни рад је минималан рад који електрон мора да изврши да би савладао привлачне силе и напустио површину метала.
Термоелектронска емисија је појава излетања (емитовања) електрона са површине метала услед његовог загревања.
Електрони који напуштају површину метала захваљујући топлотној енергији називају се термоелектрони.
На собној температури занемарљив број електрона има довољну кинетичку енергију да напусти метал. Довођењем топлоте повећава се кинетичка енергија електрона, па значајан број њих савладава излазни рад.
Катодна цев је евакуисана стаклена цев (вакуум) у којој се користи појава термоелектронске емисије за стварање и усмеравање електронског млаза.
1. Емисија: Кроз волфрамову нит (катоду) пропушта се струја, она се загрева и емитује термоелектроне.
2. Убрзавање и формирање снопа: Позитивно наелектрисана анода са малим отвором убрзава електроне јаким електричним пољем и обликује узак електронски млаз.
3. Скретање млаза: Млазом електрона управља се помоћу електричног поља (отклонске плоче) или магнетног поља.
4. Приказ: Електронски млаз удара у флуоресцентни екран премазан супстанцом која емитује светлост при судару са електронима.
2. Убрзавање и формирање снопа: Позитивно наелектрисана анода са малим отвором убрзава електроне јаким електричним пољем и обликује узак електронски млаз.
3. Скретање млаза: Млазом електрона управља се помоћу електричног поља (отклонске плоче) или магнетног поља.
4. Приказ: Електронски млаз удара у флуоресцентни екран премазан супстанцом која емитује светлост при судару са електронима.
Катодне цеви су се дуго користиле као екрани телевизора, рачунарских монитора и осцилоскопа.
Гасови су у нормалним условима одлични изолатори јер се састоје од неутралних атома и молекула и немају слободне носиоце наелектрисања.
Јонизација гаса је процес у коме се под дејством спољашњих утицаја (висока температура, зрачење, јако електрично поље) неутрални атоми раздвајају на позитивне јоне и слободне електроне, чиме гас постаје електропроводљив.
Носиоци наелектрисања у гасовима су позитивни јони, негативни јони и слободни електрони.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Који су слободни носиоци наелектрисања одговорни за провођење електричне струје у јонизованим гасовима, а који код термоелектронске емисије?
У јонизованим гасовима носиоци наелектрисања су јони (позитивни и негативни) и слободни електрони, док су код термоелектронске емисије то искључиво слободни електрони (термоелектрони) емитовани са загрејаног метала.
Задатак 2 (средњи): Два јона имају једнаке валенце (\( z_1 = z_2 \)), али је моларна маса првог јона три пута већа од моларне масе другог јона (\( M_1 = 3 M_2 \)). Упоредити њихове електрохемијске еквиваленте \( k_1 \) и \( k_2 \).
Према Другом Фарадејевом закону:
\[ k = \frac{1}{F} \frac{M}{z} \]
Како су валенце једнаке, електрохемијски еквивалент је директно сразмеран моларној маси:
\[ \frac{k_1}{k_2} = \frac{M_1}{M_2} = \frac{3 M_2}{M_2} = 3 \]
Одговор: Електрохемијски еквивалент првог јона је 3 пута већи (\( k_1 = 3 k_2 \)).
Задатак 3 (тежи): Објаснити улогу вакуума унутар катодне цеви. Шта би се десило са снопом електрона када би у цеви остао ваздух под атмосферским притиском?
Ваздух је извучен из катодне цеви како би се омогућило несметано кретање електрона. Када би у цеви био ваздух, термоелектрони би се непрестано сударали са неутралним молекулима гаса, губили би енергију, расејавали се и не би могли да формирају усмерен и фокусиран сноп који стиже до флуоресцентног екрана.
