Vedení elektrického proudu v látkách II Mgr. Andrea Cahelová Hlučín 2013

Elektrolýza Přisypáním soli se začnou uvolňovat ionty Elektrolyty: Kapaliny, které vedou elektrický proud Např. roztoky kyselin, solí, … Vodivost kapalin je podmíněna existencí volně pohyblivých iontů – IONTOVÁ VODIVOST Přisypáním soli se začnou uvolňovat ionty z krystalu soli – elektrolytická disociace, Elektrody s roztokem soli anoda katoda mezi elektrodami se jejich zapojením ke zdroji napětí vytvoří elektrické pole, Na+ vlivem el. pole se začnou ionty pohybovat uspořádaně – kationty ke katodě, anionty ke anodě. Cl- +

Elektrolýza Do vodného roztoku síranu měďnatého vložíme měděnou anodu a uhlíkovou katodu: zapojením elektrod ke zdroji napětí se dojde k pokrytí uhlíkové elektrody mědi Využití – pokovování Platinové elektrody vložíme do roztoku kyseliny sírové: po zapojení obvodu dojde k uvolnění vodíku na katodě, kyslíku na anodě Využití – ekologický zdroj napětí

Galvanické články Nejstarším článkem je voltův článek, který však nemá stále napětí, nepoužívá se. Dnešní články jsou však vyráběny na stejném principu. Jednoduchý článek se dá vyrobit zabodnutím dvou různých proužků plechu do bramboru nebo citronu Základem jsou dvě elektrody a elektrolyt. Spojením článků vznikne baterie. Akumulátory jsou baterie, jejichž napětí se dá obnovit

Suchý článek Zinko–uhlíkový - záporná elektroda je zinkový obal, kladná uhlíková tyčinka, elektrolyt salmiak + směs burelu a koksu 1,5 V Galvanický článek

Alkalické články Záporná elekroda zinek, kladná burel a grafit, elektrolyt hydroxid draselný, ocelový plášť Akumulátory v automobilech - olověné elektrody a kyselina sírová 2,4 V Kapacita akumulátoru je určena celkovým nábojem (Ah, 1 Ah = 3600 C) Další typy: oceloniklové (NiFe) nebo niklocadmiové (NiCd) + vodný roztok hydroxidu draselného

Faradayovy zákony První Faradayův zákon Při vedení elektrického proudu elektrolytem dochází k vylučování látek na elektrodách – elektrolýza. Z kationtů a aniontů se pak stávají opět neutrální atomy Tyto jevy prozkoumal anglický fyzik Michael Faraday 1. F Z : Hmotnost vyloučené látky při elektrolýze je přímo úměrná náboji, který prošel elektrolytem m  Q m = A Q Q = I t m = A I t A … elektrochemický ekvivalent, konstanta uvedená v tabulkách, např. Aag = 1,118 10-6 kg/C

Druhý Faradayův zákon F … Faradayova konstanta, Mm … molární hmotnost,  … počet elementárních atomů potřebných k vyloučení jedné molekuly (oxidační číslo) 2. FZ: Elektrochemický ekvivalent látky je roven podílu molární hmotnosti látky a součinu Faradayovy konstanty a počtu elementárních částic potřebných k vyloučení jedné molekuly

Úkoly: Najděte na baterii svého mobilního telefonu její typ a kapacitu a porovnejte se spolužáky Najděte na internetu jiné typy baterií mobilních telefonů a jejich kapacity Najděte na internetu hodnoty Faradayovy konstanty Odvoďte jednotky Faradayovy konstatnty

Voltampérová charakteristika elektrolytického vodiče 1. Roztok síranu měďnatého + měděné elektrody: Lineární závislost proudu na napětí Platí Ohmův zákon a odpor splňuje vztah: Odpor elektrolytu s rostoucí teplotou klesá. 2. Roztok kyseliny sírové + platinové (případně uhlíkové) elektrody: Při malém napětí zdroje je proud v elektrolytu nepatrný Závislost je lineární až po překročení rozkladného napětí Ur(příčina – elektrická dvojvrstva , vzniklá chemickou reakcí na elektrodě při napětí Ur) Případně mohou vzniknout na obou elektrodách dvě různé dvojvrstvy s jinými Ue, jejich rozdíl se projevuje vznikem Ur - elektrody se polarizují, polarizační napětí opačné než Ue zdroje Voltampérová charakteristika elektrolytického vodiče I 1 2 Ur U

Závěr Voltampérová charakteristika elektrolytu závisí na kombinaci elektrod a elektrolytu Je ihned lineární případně musíme překročit tzv. rozkladné napětí, aby byla lineární Ur vzniká polarizací elektrod

Odkazy: Videopokusy... Milionář z fyziky... Odkazy na applety z celé fyziky... (anglicky) Applety na celou fyziku... (lze zvolit češtinu) Animace z celé fyziky... (rusky) Animace z celé fyziky... (Reichel)

Otázky k opakování: Co je to elektrolyt? Jak vznikne kationt? Co je to elementární náboj? Čím je veden elektrický proud v kapalinách? Jak se nazývá kladná a záporná elektroda? Co je to elektrolytická disociace? Jak vypadá voltampérová charakteristika elektrolytu? Z čeho se skládá suchý článek? Jak můžeme jednoduše vyrobit zdroj napětí, který pracuje na principu elektrolýzy? Co říká Ohmův zákon? Co je to Faradayova konstanta? Jakou jednotku má elektrochemický ekvivalent? K čemu se dá elektrolýza využít? Kdy vzniká elektrická dvojvrstva, jaké je její elektromotorické napětí? Co jsou to alkalické baterie?

Použitá literatura LEPIL, O., ŠEDIVÝ, P. Fyzika pro gymnázia – Elektřina a magnetismus. Praha: Prometheus, 2000. ISBN 80-7196-202-3. LEPIL, O., BEDNAŘÍK, M., HÝBLOVÁ, R. Fyzika pro střední školy 2. Praha: Prometheus, 1992. ISBN 80-85849-05-4.