Электрический ток в растворах и расплавах электролитов: закон Фарадея; определение заряда одновалентного иона; технические применения электролиза.

Химически чистая вода почти не проводит электрического тока. Если раст­ворить в воде какую-нибудь соль, например медный купорос, то лампа загорится, а на катоде из раствора выделится медь.
При протекании электрического тока через растворы электролитов вместе с зарядом всегда перено­сится вещество (это явление назы­вается электролизом). Отсюда сле­дует, что носителями тока в этих проводниках являются заряженные атомы, или группы атомов, т. е. ионы.
При растворении в воде солей, кислот и щелочей нейтральные молекулы этих веществ расщепляются на поло­жительные и отрицательные ионы. Это явление называется электроли­тической диссоциацией. Растворы электролитов всегда содержат неко­торое число ионов: катод (поло­жительных ионов) и анод (отри­цательных ионов). Пока электрическое поле отсутствует, ионы совер­шают только беспорядочное тепло­вое движение. Но в электрическом поле ионы, подобно электронам в ме­таллах, начинают дрейфовать в на­правлении действующей на них силы: катионы — к катоду, анионы — к аноду.
Электрический ток в растворах (или расплавах) электролитов пред­ставляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях.
Опыт показывает, что сила тока при постоянном сопротивлении элект­ролитов линейно зависит от напряжения, т.е. для растворов электролитов справедлив закон Ома.

Следовательно, чтобы определить за­ряд электрона е, необходимо в опы­те с электролизом раствора како­го-либо электролита, например, мед­ного купороса, определить массу выделившейся меди, время процесса и силу тока в цепи. Тогда, зная мо­лярную массу меди и ее валентность, можно вычислить заряд электрона. Опыты, выполненные с различны­ми электролитами, показали, что е=1, 6*10-19 Кл. Закон, полученный Фарадеем опытным путем, послужил толчком к выдвижению гипотезы о существова­нии в природе элементарной наи­меньшей порции электричества. Проводя опыты с различными раствора­ми электролитов, Фарадей устано­вил, что масса выделившегося ве­щества пропорциональна количеству протекшего через раствор электри­чества (или силе тока и времени про­цесса электролиза).

Далее было выяснено, что для выделения одного моля любого одно­валентного вещества (т. е. одинако­вого числа частиц любого из ве­ществ) требуется всегда одно и то же количество электричества. Отсюда уже непосредственно следовал вывод и том, что на каждую частицу ве­щества, переносящего заряд в растворах электролитов, приходится всег­да в среднем одно и то же количество электричества. Это количество элект­ричества и представляет собой эле­ментарный электрический заряд. Та­кую гипотезу впервые высказал в конце прошлого века (1881 г.) не­мецкий физик Г. Гельмгольц в ре­чи, посвященной памяти Фарадея Технические применения электро­лиза.
Электролиз получил широкое применение в технике. На нем ос­нована электрометаллургия — полу­чение щелочных и щелочноземель­ных металлов (алюминия, магния, бериллия и др.) путем электролиза расплавленных руд. Для очистки металлов от приме­сей, например рафинирования меди, тоже используется явление электро­лиза.
Медные руды содержат сернистые соединения меди, ее оксиды, а также примеси посторонних металлов (ни­кель, свинец, сурьма, висмут и др.). Для получения меди, очищенной от примесей, медную пластину, выплав­ленную непосредственно из руды, по­мещают в качестве анода в раствор сернокислой меди (CuSO4). Подби­рая определенное напряжение на электродах ванны, можно добиться, чтобы на катоде выделялась только чистая металлическая медь. Посторонние примеси при этом на катод не попадают. Они переходят в раст­вор либо выпадают на дно ванны в виде осадка.
На явлении электролиза основа­ны такие распространенные в тех­нике технологические процессы, как гальваностегия и гальванопласти­ка. Для предохранения металлов от коррозии их поверхность часто по­крывают трудно окисляемыми метал­лами, т. е. производят никелирование или хромирование. Этот процесс называется гальваностегией. Гальвано­стегию также применяют для покры­тия ювелирных изделий тончайшими слоями серебра или золота.