Жидкости, как и твёрдые тела, могут проводить ток. В жидких металлах, как и в твёрдых, носителями заряда являются электроны, поэтому говорят, что металлы обладают электронной проводимостью.
В растворах и расплавах электролитов (солей, кислот, щелочей) перенос зарядов под действием электрического поля осуществляется положительными и отрицательными ионами, дивижущимися в противоположных направлениях.
Электролиты — это вещества, растворы и расплавы которых обладают ионной проводимостью.
Говорят, что вода является хорошим проводником. На самом деле это не так, чистая вода не проводит электрический ток, потому что в ней нет носителей зарядов, поэтому она является диэлектриком. Твёрдые соли так же являются диэлектриками, а вот растворы солей в воде — хорошие проводники. Так происходит из-за того, что молекулы воды дипольны, они кулоновскими силами притягиваются отрицательными полюсами к положительным ионам, а положительными полюсами — к отрицательным, и как бы отрывают их с поверхности кристалла. Таким образом в растворе появляются свободные носители зарядов — положительные и отрицательные ионы, окружённые полярными молекулами воды. Это явление называется электролитической диссоциацией.
Электролитическая диссоциация — расщепление молекул электролита на положительные и отрицательные ионы под действием растворителя.
Электролитическая диссоциация поваренной соли в воде:
Вследствие теплового движения молекул растворимость существенно зависит от температуры.
Положительные и отрицательные ионы могут возникать и при плавлении твёрдых электролитов в результате распада полярных молекул из-за увеличения амплитуды тепловых колебаний.
Степень диссоциации — отношение количества молекул, диссоциировавших на ионы, к общему количеству молекул данного вещества.
В растворах электролитов также возможен процесс объединения ионов разных знаков в одну молекулу при их сближении. Этот процесс называется рекомбинацией. Когда число диссоциировавших молекул становится равным числу рекомбинированных молекул, устанавливается динамическое равновесие, при котором процессы диссоциации и рекомбинации компенсируют друг друга, и степень диссоциации остаётся постоянной.
Электролиз — выделение на электродах веществ, входящих в состав электролита, при протекании через его раствор (расплав) электрического тока.
Рассмотрим процесс электролиза на примере раствора хлорида меди в воде:
хлорид меди диссоциирует на положительно заряженные ионы меди и отрицательно заряженные ионы хлора, при опускании в раствор электродов ионы меди притянутся к катоду, а хлора — к аноду:
Достигнув электродов, ионы нейтрализуются: атомы меди оседают на катоде, а атомы хлора объединяются в молекулы (Cl + Cl = Cl2) и выделяются в виде пузырьков газа на аноде.
Массу вещества, выделившегося на электроде, можно опредилить по закону Фарадея:
масса вещества, выделившигося на электроде, прямо пропорциональна заряду, прошедшему через раствор (расплав) электролита: m = kQ, где Q — полный заряд всех ионов, прошедших через раствор (расплав) на электрод, k — электрохимический эквивалент вещества (k = mi/qi), имеет единицы измерения кг/Кл.
Так как Q = It, закон Фарадея можно записать так: m = kIt.
Этот закон был установлен экспериментально английским учёным Майклом Фарадеем в 1833 году, им же были введены термины: электрод, катод, анод, электролит, электролиз. Ещё он нашёл величинуэлектрохимического эквивалента вещества: k = (1/eNA)*(M/n), так как mi = M/NA и qi = ne, где n — валентность химического элемента, и ввёл свою постоянную: F = eNA = 9,65*104 Кл/моль.
Электролиз широко применяется в технике:
Гальваностегия — покрытие металлических предметов тонким слоем другого металла;
Гальванопластика — электролитическое изготовление металлических копий рельефных предметов;
Электрометаллургия — получение чистых металлов при электролизе расплавленных руд;
Рафинирование металлов — очистка металлов от примесей с помощью электролиза.