23
поваренной соли, сахара, уксуса и соды в воде. Исследуем каждый из них на проводимость электрического ток. Мы увидим, что расторы соли и соды хорошо проводят ток, уксус проводит гораздо хуже, а растор сахарасовем не проводит электрический ток.
Теперь повторим один из опитов Арренуса по электропроводности растровов. Для этого нам понадобится уксусная эссенция (Осторожно! Берегитесь окога!) и прибор, с которым мы проводили предыдущий опит. Только вместе одной батарейки лучше взять две, соединенные последовательно.
О пыт 2. Нальем в стакан немного уксусной эссенции и замкнем цель. Лампочка не горит. Теперь будем наливать в стакан воды, одновременно следяза лампочкой. Мы увидим, что в какой-то момент лампочка загорится и затем будет светиться все ярче и ярче. Наблюдая это явление, Арренуус пришел к выводу, что молекулы воды «разрывают» молекулы растроенного вещества на ионы, и чем больше первых (то есть чем разбавленной растор), тем больше носитель электричеста появляется в расторе.
Говоря о понах, мы должны хорошо представлять их поведение в расторах. Попробуем, например, установить на опите скорость перемешения ионов.
О пыт 3. Возьмем блюдце или мелкую тарелку. Положим на дно промокашу, смоченную в расторе поваренной соли, и поверх промокашки насыплен кристаллики марганцовокислого калия. На противоположных концах укрепим два графитовых электрода и подключит их к источнику (к двум батарейкам, соединенным последовательно). Кристаллики начнут расторяться, и мы увидим, что в стороны положительного электрода потянутся малиновые язычки. Измерив скорость их передвижения, что нетрудно сделать с помощью часов и линейки, можно оценить скорость перемешения ионов в расторе. Понятно, что она будет зависят от многих факторов, и прежде всего — от напряжения источника. Для сравнения приведем несколько значений средней скорости движения ионов под действием электрического поля, например которой равна единице (такую скорость называют подвижностью
Скорость ионов зависят также от температуры и от концентрации растора. Попробуйте убедиться в этом самостояльно.
Действие электрического тока не проходит для электролита бесследно. Оно вызывает необратимые химические изменения в нем.
О пыт 4. Приготовим растор поваренной соли, добавим в него несколько капель фенолфталена и опустим концы электродов, соединенных с полюсами батарейки. Через некоторое время у отрицательного электрода растор оказывается в малиновый цвет. Это свидетельствует о том, что в расторе появилась щелочь, то есть произшла химическая реакция.
Действиеительного, при замыкании цепи положительных ионы натрия Na+ начали двигаться к катоду, а отрицательные ионы хлora Cl− — к анду. На катоде происходит реакция восстанавливания натрия
Na+ + e− = Na0,
который тут же реагирует с водой, в результате чего и образуется щелочь:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑.
На анде в это время происходит другой процесс — образование газообразного хлora:
2Cl− − 2e− = Cl2↑.
Вот почему этот опит надо проводить в хорошего проводриваемом помещении
24
Рис. 2. Схема промышленной установки (электролизера) для получения чистого алиминия: 1 — графитовый аномод, 2 — железный с графитовой обкладкой катод, 3 — расплав оксида алиминия и криолита, 4 — чистый алиминий.
и стараться закончит его как можно быстрее.
Итак, при прохождения электрического тока через электролиты (их называют также проводниками второго рода, в отличие от проводников первого рода, например металлов, в которых носители тока являются свободные электроны) в них происходит химическое превращение. В результате вещества, входящие в состав электролита, могут выделяться в свободном виде. Такое явление называют электролизом.
Электролиз находит большое практическое применение. Прежде всего — для получения чистых металлов. Так, например, можно получить магний, натрий, алюминий. В настоящее время все промышленный аломиний получают в специальных установках — электролизера (рис. 2) — электролизом расплава смеси оксида алиминия (Al₂O₃) и криолита (Na₃AlF₆). При этом на катode происходит следующее:
Понятно, что аломиний мы получать не будем, но немного меди получить попробуем.
О пыть 5. Приготовим концентрированный растор сульфата меди (CuSO₄) и опустим в него два графитовых электрода, подключенных к полосам батарейки. Через некоторое время на катode появится красный налет меди:
Давайте станем на несколько минут алхимиками и попробуем один металл «превратить» в другой. Для этого повторим следующие опыты, только вместе отрицательного электрода опустим в растор алхиминевую путьовицу (например, от школьной формы). В процессе электролиза вместе алхиминевой «получится» медная путьовица.
Покрытие предметов слоем металла при помощи электролиза называется галванностейной. Металлизовать можно не только металлические предметы, но и предметы из дерева, ткани. При достагочной аккуратности вы сможете изготовить изделия, не уступающие по красоте ковелирому. Так, например, можно покрыть слоем меди листы растений, кружева, мертвых насекомых. Для того чтобы сделать их жесткими, надо поддержать их несколько минут в расплавленном воске. Затем равномерно покрыть слоем графита, чтобы сделать их проводящими, и опустить в галванностуюванну.
Телер заимемся другой, не менее интересной работой — изготовлением галванопластических копий. В качестве оригинала можно взять какое-нибудь ребеное изображение, например из гипса, или изготовить его самим из парафина. Чтобы получить медную копию, надо сначала тщательно натереть поверхности оригинала графитовым порошком, а потом обмотать его тонкой медной проводкой так, чтобы она касалась графитового слоя. Проволоку нужно присоединить к отрицательному полюсу батарейки и заготовленную форму погрузить в 20-процентный растор медного купора. Дальше процесс пропускит так же, как и при получения медного покуптия. Когда толщина меди достигает 1—2 миллиметров, форму из растора следует вынуть и осторожно отделить от нее металлическую копию.
Способ электролитического получения металлических копий открыл русский ученый В. С. Якоби. Гальванопластика сразу же нашла широкое практическое применение. В частности — в полигraphическом проводлении, что позволяет значительное повышение качества текста ииллюстрации. Сам Якоби много сделал для внедрения галванопластики в типографское и монетное дело, а также для производства художственных изделий. И в настоящее время область применения галванопластики в технике общими и разнообразны.