Химическое действие электрического тока

Ранее мы писали, что э.д.с. образуется, когда в соприкосновение приходят различные вещества. Обо­снованным было бы заключить, что, когда через раствор проходит элект­рический заряд, происходят химичес­кие преобразования. Это может быть подтверждено при помощи вольтамет­ра Гоффмана (рис. 1).

Электроды вольтаметра сделаны из платины, а электролитом является вода, к которой добавлено несколько капель серной кислоты. Электрод, ко­торый подсоединен к положительному выводу батареи, называется анодом; электрод, присоединенный к отрица­тельному выводу батареи, называется катодом. Когда замыкается ключ, че­рез электролит идет ток и на обоих электродах выделяются газы. Газ, ко­торый выходит, когда крышка на ано­де открыта, даст яркую вспышку в пламени, показывая, что это кислород. Если держать открытое пламя над крышкой катода и открыть ее, то вы­ходящий газ воспламенится с «хлоп­ком» и будет гореть голубым пламе­нем. Этот газ — водород. Объем ос­вобождаемого водорода в 2 раза боль­ше объема кислорода.

В электролите присутствуют поло­жительные ионы водорода (Н ⁺ ), от­рицательные ионы сульфата (S0₄^2¯) и отрицательные ионы гидроксила (ОН¯). Ионы водорода переходят к катоду, где их положительный заряд нейтрализуется электронами, и вы­свобождается водород. На аноде ионы гидроксила теряют свои электроны и комбинируются, образуя воду и кисло­род. Выделяется кислород. Ионы суль­фата остаются в растворе.

Что бы наблюдалось, если бы был использован источник переменного то­ка? Каждый электрод был бы попе­ременно катодом и анодом. Газы по- прежнему выделялись бы на обоих электродах, но это была бы смесь двух газов. В экспериментах с электроли­зом важно иметь источник постоян­ного тока.

В простом элементе водород выде­ляется на положительном электроде, в то время как в вольтаметре он вы­деляется на отрицательном. Это раз­личие имеет место, потому что заряд течет внутри простого элемента и ток направлен здесь в сторону положи­тельной пластины, в это же время в вольтаметре ток направлен в сторону отрицательной пластины во внешней цепи. Итак, водород всегда выделяет­ся на пластине, к которой направлен положительный заряд.

Электролиз в растворе сульфата ме­ди (II)

На рисунке 2 показан медный вольтаметр.

Анод и катод здесь — это медные пластины, а электролитом является раствор сульфата меди (II). Когда создается ток, медь отклады­вается на катоде, а анод теряет.массу. Концентрация раствора остается неиз­менной, потому что отрицательные ионы сульфата, достигая анода, от­дают свои электроны и взаимодейству­ют с медью анода, образуя молекулы сульфата меди.

Если используются платиновые электроды, медь по-прежнему откла­дывается на катоде. Реакция на аноде отличается тем, что высвобождается кислород и образуется вода, но не образуются молекулы сульфата меди (II). Таким образом, концентрация раствора уменьшается.

Основные факты, касающиеся элект­ролиза

1.  Водород и металлы всегда выде­ляются на катоде.

2.  Выделенная на катоде масса ве­щества пропорциональна перемещен­ному заряду,              т. е. m ~ Q (It). Эта масса не зависит от площади пластин, а зависит лишь от силы тока и вре­мени, в течение которого заряд про­ходит через электролит.

3.  Выделенная масса вещества за­висит от относительной атомной массы и валентности вещества.

4.  Необходим источник постоянно­го тока.