Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Evropský sociální fond Gymnázium, Praha 10, Voděradská 2 Projekt OBZORY

Elektrolyt Elektrolyt - roztok kyseliny, soli a zásady nebo případně jejich tavenina vedoucí proud. Do kádinky s vodou ponoříme dvě uhlíkové elektrody a přes ampérmetr připojíme ke zdroji napětí. Obvodem prochází jen nepatrný proud. Přidáme-li do vody malé množství kyseliny, zásady nebo soli, výchylka na ampérmetru se zvětší. ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH

Elektrolytická disociace Elektrolytická disociace – rozpad molekuly látky na ionty. kationtyanionty Vodivost elektrolytu způsobují kladné kationty a záporné anionty. anodou katodou Elektrické pole, které vznikne mezi anodou spojenou s kladným pólem zdroje a katodou spojenou se záporným pólem zdroje, působí na ionty elektrickými silami a vyvolává jejich uspořádaný pohyb – elektrický proud. Elektrolýza Elektrolýza – látkové přeměny vyvolané při průchodu proudu elektrolytem na elektrodách.

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH Kationty mědi Cu 2+ přijímají na katodě dva elektrony a vylučují se na ní jako neutrální atomy. Anionty SO 4 2- reagují s materiálem anody a vytvářejí tak nové molekuly kyseliny H 2 SO 4. Za každou molekulu kyseliny v roztoku vzniká na anodě nová a koncentrace roztoku se tak v tomto případě nemění.

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH Kationty H + přijímají na katodě elektrony a vylučují se na ní jako plynný vodík. Anionty SO 4 2- předávají elektrony anodě a reagují s vodou, vzniká tak nová molekula kyseliny H 2 SO 4 a plynný kyslík. Koncentrace roztoku roste, neboť ubývá vody. Platinových elektrod se užívá proto, aby s nimi kyselina nereagovala. Uvedený postup elektrolýzy vody probíhá v Hofmannově přístroji.

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH Při galvanickém poměďování může být roztok síranu měďnatého CuSO 4. Ten se ve vodě disociuje na kationty mědi Cu 2+ a anionty SO 4 2−. Ionty Cu 2+ jsou přitahovány k záporné elektrodě, na které postupně vytváří měděný povlak. Ionty SO 4 2− jsou přitahovány ke kladné měděné elektrodě, z které vytrhují kationty mědi. Koncentrace roztoku se nemění, měděná elektroda se postupně rozpouští.

FARADAYOVY ZÁKONY Michael Faraday (22. září 1791, Newington, Anglie – 25. srpna 1867) Významný anglický chemik a fyzik. Michael Faraday fotografie John Watkins, British Library elektromagnetickou indukci elektromotorydynama elektromagnetismu V roce 1831 objevil elektromagnetickou indukci, magnetické a elektrické siločáry. Jeho objev byl významný v tom, že doposud se elektrická energie vyráběla pouze chemickou metodou z baterií. Faraday tak dal teoretický základ pro všechny elektromotory a dynama. Dokázal, že elektřina a magnetismus jsou pouze dva různé projevy jediného jevu — elektromagnetismu. Další jeho objevy souvisí s chemií - obohatil odborné názvosloví o důležité pojmy, jako jsou anoda, katoda, elektroda a ion.

FARADAYOVY ZÁKONY Při elektrolýze se na katodě vylučuje vždy vodík nebo kov. Na katodě se též může vylučovat látka, např. kyslík nebo může docházet naopak k jejímu rozpouštění. Každá vyloučená molekula přijme z katody nebo odevzdá anodě nějaký počet elektronů. Označme počet elementárních nábojů potřebných k vyloučení jedné molekuly. Projde-li povrchem elektrody celkový náboj Q = I.t, je počet vyloučených molekul N: Vynásobíme-li toto číslo hmotností jedné molekuly, dostaneme celkovou hmotnost vyloučené látky m: F se nazývá Faradayova konstanta A je elektrochemický ekvivalent látky

FARADAYOVY ZÁKONY 1.Faradayův zákon 1.Faradayův zákon: Hmotnost m vyloučené látky je přímo úměrná náboji Q, který prošel elektrolytem. 2.Faradayův zákon 2.Faradayův zákon: Elektrochemický ekvivalent látky vypočítáme tak, že její molární hmotnost vydělíme Faradayovou konstantou a počtem elektronů potřebných k vyloučení jedné molekuly. Látková množství různých látek vyloučených při elektrolýze týmž nábojem jsou chemicky ekvivalentní.

ELEKTROLYTICKÝ KONDENZÁTOR elektrolytického kondenzátoru Jádro elektrolytického kondenzátoru tvoří dvě hliníkové fólie oddělené od sebe vrstvou papíru napuštěné elektrolytem. Na anodě se průchodem proudu vylučuje kyslík, který způsobuje její oxidaci. Vytvoří se vrstva oxidu hlinitého tloušťky asi mm, která tvoří vložené dielektrikum s rel. permitivitou 10. Velká kapacita je dána permitivitou dielektrika a velkým rozleptaným povrchem anody.

VOLTAMPÉROVÁ CHARAKTERISTIKA Proveďme pokus s roztokem CuSO 4 a dvěma měděnými elektrodami podle obrázku. Ohmův zákon Zjistíme, že proud je přímo úměrný napětí. Platí Ohmův zákon. Pokud elektrody od sebe vzdálíme, proud klesne. Pokud elektrody ponoříme hlouběji, proud naopak vzroste.

VOLTAMPÉROVÁ CHARAKTERISTIKA Jiná situace nastane s roztokem H 2 SO 4 a elektrodami z platiny nebo uhlíku. rozkladné napětí Při malém napětí vznikne jen nepatrný proud, který po chvíli zaniká. Tento jev se opakuje do té doby, dokud není překročeno rozkladné napětí U r. Potom opět proud s napětím roste. Na rozhraní elektrolytu a kovu vzniká elektrická dvojvrstva s nenulovým elektromotorickým napětím, která se buď ruší nebo neruší a dávají navenek vzniknout rozkladnému napětí. Vznik elektrické dvojvrstvy se využívá v galvanických článcích.

GALVANICKÉ ČLÁNKY Elektromotorické napětí na galvanickém článku vzniká z rozdílu potenciálů na jeho elektrodách, které vznikají v důsledku chemických reakcí mezi elektrodami a elektrolytem. Po zapojení článku do elektrického obvodu probíhají uvnitř článku reakce, kterými se postupně snižuje elektrická energie článku, článek se vybíjí. Tyto reakce mohou být nevratné - napětí článku se po vybití nedá obnovit - primární články nebo vratné - článek se dá znova nabít - sekundární články, též akumulátory. Galvanický článek Luigi Galvaniho Galvanický článek je chemický zdroj elektrického napětí. Nazývá se podle italského lékaře a fyzika Luigi Galvaniho (9. září 1737 – 4. prosince 1798) Galvaniho manželka si všimla, že sebou žabí stehýnka na plechu po dotyku kovového nože cukají.

GALVANICKÉ ČLÁNKY Kostru Voltova článku tvoří zinková a měděná elektroda v roztoku kyseliny sírové H 2 SO 4. Mezi elektrodami vzniká elektromotorické napětí 1,1 V. Voltův článek Voltův článek je primární zdroj stejnosměrného napětí. Je pojmenován po Alessandru Voltovi, který jej použil v roce 1799 při konstrukci první baterie – Voltova sloupu. Zn se v kyselině rozpouští, slouží jako anoda, dochází na ní k oxidaci, elektrony z ní vystupují, tvoří záporný pól. Na elektrodě Cu se vylučuje vodík, slouží jako katoda, dochází na ní k redukci, elektrony na ni vstupují, tvoří kladný pól.

GALVANICKÉ ČLÁNKY Kostru Leclanchéova článku tvoří zinková a měděná elektroda v roztoku kyseliny sírové H 2 SO 4. Mezi elektrodami vzniká elektromotorické napětí 1,1 V. Leclanchéův článek Leclanchéův článek vynalezl roku 1866 Georges Leclanché. Později byl přepracován a vylepšen a nazývá se zinko-uhlíkový suchý článek. Zn se rozpouští v roztoku chloridu amonného, slouží jako anoda, dochází na ní k oxidaci, elektrony z ní vystupují, tvoří záporný pól. Na elektrodě C se redukuje vodík, slouží jako katoda, elektrony na ni vstupují, tvoří kladný pól.

GALVANICKÉ ČLÁNKY Nejprve se na měděných elektrodách vytvoří vrstva síranu olovnatého PbSO 4. Akumulátory Akumulátory využívají polarizace elektrod. Nejrozšířenějším akumulátorem je olověný akumulátor. Po připojení ke zdroji napětí začne probíhat nabíjení podle schématu. Na katodě vzniká redukcí čisté olovo, na anodě vzniká oxidací oxid olovičitý PbO 2. Hustota elektrolytu roste. Po spotřebování vrstvy PbSO 4 se akumulátor odpojí od zdroje. Vzniká článek s elektromoto- rickým napětím 2 V. Obvodem prochází proud opačným směrem než při nabíjení. Elektrody se pokryjí vrstvou PbSO 4 a koncentrace kyseliny klesá.

Použitá literatura Oldřich Lepil, Přemysl Šedivý – Elektřina a magnetismus

Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Evropský sociální fond Gymnázium, Praha 10, Voděradská 2 Projekt OBZORY Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu OBZORY Autor: Michal Schovánek Předmět: Teoretická fyzika Datum: 30.března 2011