Как понять что проводит электрический ток

Как понять что проводит электрический ток

Чтобы разобраться в таком явлении как электропроводность вещества, сначала нужно понять, что такое электрический ток, так как эти два явления неразрывно связаны друг с другом. Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц, которое может происходить под воздействием электрического поля.

Главная особенность электрического тока – его широкое применение в энергетике. Это – единственный вид энергии, который можно свободно передавать на большие расстояние без какой-либо дополнительной переработки.

Рассматривая передачу энергии, нужно затронуть тему проводников, по которым передаётся ток. Заряженными частицами могут быть электроны, ионы в электролитах и газах, в полупроводниках такими частицами становятся электроны и дырки. Данная особенность напрямую зависит от структуры вещества или тела. При этом каждое тело обладает собственной электрической проводимостью.

Что такое электрическая проводимость?

Простыми словами электрическая проводимость или электропроводность – это способность или свойство вещества или тела проводить электрический ток, который создаётся под действием электрического поля.

Это физическая величина, которую можно измерить, на основе которой даётся характеристика того или иного проводника. Чем выше эта характеристика, тем лучше тело проводит ток.

Как уже было сказано, проводниками электрического тока выступают свободные заряженные частицы, а значит, электропроводность зависит от количества таких свободных частиц. Чем большей будет концентрация свободных заряженных частиц, тем лучше вещество или тело будет проводить электрический ток.

Основные группы проводников

Так как разные тела располагают разным количеством свободных частиц, электропроводимость у всех отличается. По этому показателю тела можно разделить на три основные группы.

К первой группе относятся проводники, у них самая высокая проводимость. Такие тела лучше всего способны проводить электрический ток. Однако проводники также могут быть двух видов, отличие заключается в особенностях протекания тока.

1. Первый вид проводников – металлы. У них электронная проводимость, так как ток протекает за счёт большого количества свободных электронов;

2. Второй вид проводников с высокой электропроводимостью – различные кислоты, щелочные растворы и соли. Другое их название – электролиты. В них свободными заряженными частицами являются ионы. Отсюда и название – ионная проводимость.

Стоит отметить, что существуют вещества смешанного типа, то есть, заряженными частицами в них могут быть как электроны, так и ионы. Это могут быть некоторые газы.

Высокая электропроводность металлов легко объяснима при рассмотрении их структуры. В атомах металлов валентные электроны могут легко перемещаться от одного атома к другому, так как они слабо связаны с ядром. Таким образом, образуется электрический ток.

Электрическое сопротивление и скорость протекания тока

Электропроводимость тела напрямую зависит от сопротивления вещества, а её величина будет обратнопропорциональна показателю сопротивления.

Электрическое сопротивление – это свойство любого проводника; величина сопротивления равна отношению напряжения к силе протекающего тока. Можно сказать, что чем выше напряжение подаваемого тока, тем выше скорость протекания тока, однако сопротивление проводника снижает этот показатель.

Следует добавить, что электрического поле, порождающее упорядоченное движение частиц, а, следовательно, и электрический ток, распространяется в пространстве со скоростью света. То есть, электрический ток протекает всегда со скоростью 300 тысяч километров в секунду.

В чём же тогда особенность скорости движения? Дело в том, что скорость протекания тока равна скорости света, однако отдельные электроны могут двигаться с разной скоростью – от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в секунду. Это, разумеется, не очень большая скорость.

Почему же, существует подобная разница и как объяснить скорость распространения тока? Напряжение тока как раз определяет скорость движения отдельных электронов – несколько миллиметров или сантиметров в секунду.

Дело в том, что каждый отдельный электрон движется в одном огромном потоке электронов, которые полностью заполняют проводник. И каждый электрон постоянно взаимодействует с другими электронами. Так происходит во время прохождения электрического тока.

Поэтому отдельный электрон движется крайне медленно, однако, скорость распространения энергии в электрическом проводнике будет очень высока. Соответственно, чем больше будет количество свободных частиц, тем лучше будет их взаимодействие, а значит, выше будет скорость распространения тока и скорость передачи электрической энергии.

Источник

Самоучитель по химии

Пособие для тех, кто не знает, но хочет узнать и понять химию

Часть I. Элементы общей химии
(первый уровень сложности)

Продолжение. Cм. в № 13, 18, 23/2007;
6, 8/2008

Глава 6. Электролитическая диссоциация

Всем известно, что металлы проводят электрический ток. А проводят ли электрический ток растворы? Если бы мы попытались ответить на этот вопрос при помощи опыта, то убедились бы, что раствор сахара не проводит электрический ток, а раствор поваренной соли проводит. Почему? Может быть, исходные веществавода или сухой хлорид натрияэлектропроводны? Но тот же опыт показываетэти вещества, каждое само по себе, электрический ток не проводят.

Для того чтобы объяснить результаты этих опытов и понять смысл явления, необходимо ответить на вопрос: почему вообще некоторые вещества, например металлы, проводят электрический ток? Это происходит потому, что в металлах имеются «свободные» заряженные частицыэлектроны. С направленным движением этих заряженных частиц связана электропроводность металлов. Таким образом, если раствор NаСl проводит электрический ток, то, значит, в этом растворе тоже образуются какие-то заряженные частицы. Если раствор сахара не проводит электрический ток, значит, в растворе сахара заряженных частиц не образуется. Исходя из этого такие вещества называют: NаСlэлектролит, сахарнеэлектролит.

Электролитыэто вещества, растворы (и расплавы) которых проводят электрический ток.

Теперь нам осталось выяснить: откуда в растворе NаСl появились заряженные частицы? Вспомните, какой тип химической связи имеется в кристалле поваренной соли? Ионная связь! То есть связь между заряженными частицамиионами. Значит, хлорид натрия состоит из разноименно заряженных частиц! Но почему тогда сухой хлорид натрия не проводит электрический ток? Потому что между ионами в кристалле существуют достаточно сильные электростатические взаимодействия. А в воде? Посмотрите на рис. 1:

Какая связь между атомами Н–О?

Рис. 1.
Взаимодействие диполей воды
с кристаллом поваренной соли

Между ионами соли и молекулами воды возникают довольно значительные силы электростатического взаимодействия. В результате молекулы воды «растаскивают» кристалл на «кусочки» (ионы). Будут ли возникать такие взаимодействия в следующих случаях (рис. 2):

Рис. 2.
Варианты взаимодействия веществ
с растворителями

Очевидно, нет! В обоих случаях или растворитель (случай I), или вещество (случай II) неполярны, и взаимодействия, притяжение частиц друг к другу, ничтожны.

В ы в о д. Взаимодействие между веществом и растворителем возможно, если и вещество, и растворитель имеют достаточно полярные связи.

Следствием такого взаимодействия является диссоциацияраспад вещества на ионы. При этом образуются положительно заряженные ионыкатионы и отрицательно заряженные ионыанионы.

Электролитическая диссоциацияпроцесс распада электролитов на ионы под действием полярных молекул растворителя (чаще всего воды).

Задание 6.1. Будут ли проводить электрический ток:

а) раствор НСl в воде;

б) раствор NаСl в бензине;

в) раствор азота в воде;

г) концентрированная серная кислота?

Итак, еще раз повторим: вещества, способные в растворах или расплавах распадаться на ионы и, как следствие, проводить в этом состоянии электрический ток, называются электролитами.

Среди неорганических веществ к электролитам относят:

Проверяя электропроводность растворов электролитов одного класса, например кислот, можно заметить, что в одном случае лампочка горит ярко, в другомеле светится. Если принять во внимание, что концентрация веществ в растворах одинакова, как можно объяснить наблюдения?

Объяснение однов первом случае образуется большее число ионов (заряженных частиц), во второмменьшее, т.е. в первом случае электролитическая диссоциация идет в значительной степени. Такие электролиты называются сильными, в их растворах много ионов и почти нет (а иногда и совсем нет) молекул.

К сильным электролитам относятся:

В растворах слабых электролитов много молекул вещества и мало ионов; электролитическая диссоциация идет не полностью.

К слабым электролитам относятся:

– NН₄ОН и нерастворимые основания.

Фосфорная и сернистая кислотыэлектролиты средней силы.

Задание 6.2. Выучите наизусть формулы сильных и слабых электролитов. Вспомните их названия.

Как же происходит электролитическая диссоциация?

снования диссоциируют на катион металла (или аммония NH₄ + ) и анион ОН – :

П о м н и т е! 1) Заряд иона совпадает по величине с валентностью данного атома (группы атомов).

2) Число катионов и анионов может быть различным, но суммарный положительный заряд катионов равен суммарному отрицательному заряду анионов. Раствор остается электронейтральным!

Задание 6.3. Составьте уравнения диссоциации гидроксида калия, гидроксида аммония, гидроксида бария.

Кислоты диссоциируют на катион водорода и анион кислотного остатка:

Задание 6.4. Составьте уравнения диссоциации соляной, серной, фосфорной кислот.

Для многоосновных кислот диссоциация может происходить ступенчато. Это означает, что на каждой стадии отщепляется только один ион водорода. Например:

Задание 6.5. Составьте уравнения ступенчатой (постадийной) диссоциации фосфорной кислоты.

Соли диссоциируют на катион металла (или аммония) и анион кислотного остатка. При составлении таких уравнений следует учитывать вышеизложенные правила (см. «Помните!»):

Проверьте: 2•(3+) + 3•(2–) = (6+) + (6–) = 0.

В ы в о д. Для составления уравнений электролитической диссоциации:

• составьте химическую формулу соединения, укажите валентность составных частей;

• укажите число образовавшихся ионов (по индексам):

• укажите заряды ионов (по валентностям):

Задание 6.6. Составьте уравнения электролитической диссоциации нитрата хрома(III), карбоната натрия, сульфида калия, сульфата железа(III), сульфата железа(II).

Из вышеизложенного следует, что в растворах большинства неорганических веществ наряду с молекулами находится значительное число ионов. В таком случае уравнения реакций, которые показывают состав молекул реагирующих веществ, весьма условны. Более точно отражают состав реагирующих частиц ионно-молекулярные уравнения. Для того чтобы составить ионно-молекулярное уравнение реакции, нужно записать в виде ионов химические формулы сильных и одновременно растворимых электролитов. Состав всех остальных веществ изображается в виде молекул.

Алгоритм составления ионно-молекулярных уравнений

1) Определить силу реагирующих электролитов:

2) Для сильных электролитов определить растворимость (по таблице растворимости):

3) Формулы сильных и одновременно растворимых электролитов записать в виде ионов, остальные формулы не изменять!

H₂S + Cu 2+ + 2NO₃ – = CuS + 2H + + 2NO₃ –

4) Одинаковые ионы «вычеркнуть», т.к. они не участвуют в реакции (не изменили ни состава, ни заряда). Получаем краткое ионно-молекулярное уравнение:

Краткое ионно-молекулярное уравнение показывает:

– что реакция возможна;

– что в результате реакции образуется осадок (СuS; в других случаяхгаз или слабый электролит или ион нового состава);

– какие ионы или молекулы должны участвовать в аналогичном процессе.

Например, для того, чтобы осуществить процесс

вместо нитрата меди можно взять любую другую растворимую соль меди(II), т.к. она при электролитической диссоциации посылает в раствор ион меди, а анион соли в реакции не участвует:

Задание 6.7. Составьте ионно-молекулярные уравнения реакции для процессов, указанных выше, и убедитесь, что краткие ионно-молекулярные уравнения у них одинаковые.

При составлении ионно-молекулярных уравнений может получиться так, что все частицы будут вычеркнуты, т.к. не изменят ни состава, ни заряда. В этом случае говорят, что реакция в растворе не идет. В принципе можно заранее предсказать возможность такого процесса. Реакция ионного обмена в растворе возможна, если происходит связывание ионов, т.е. образуется осадок, газ, слабый электролит или ион нового состава.

Задание 6.8. Составьте ионно-молекулярные уравнения реакций:

а) фосфат натрия + хлорид кальция;

б) карбонат бария + азотная кислота;

в) гидроксид железа(III) + серная кислота;

г) сульфат аммония + гидроксид калия;

д) нитрат алюминия + хлорид натрия.

Сделайте заключение: возможны ли эти процессы. Укажите признаки возможных процессов (осадок, газ, слабый электролит).

6.1. Понятие о рН (водородном показателе)

Водаочень слабый электролит: при обычных условиях лишь одна молекула воды из 10 000 000 распадается на ионы:

[Н + ] = [OH – ] = 10 –7 моль/л,

где [Н + ]концентрация ионов водорода, моль/л; [OH – ] – концентрация гидроксид-анионов, моль/л. Такой раствор (среда) называется «нейтральный».

Расчеты показывают, что произведение концентраций этих ионов есть величина постоянная:

Поэтому уменьшение концентрации ионов водорода влечет за собой увеличение концентрации гидроксид-анионов, и наоборот.

Пусть, например, к чистой воде добавили кислоту, т.е. увеличили концентрацию ионов водорода. Теперь эта концентрация составит, например: 10 –6 моль/л или 10 –2 моль/л. Такая среда (раствор) называется «кислая», или «кислотная».

Характер средыкислый, нейтральныйможно оценить количественно при помощи рН («пэ-аш»).

Водородный показатель рН равен логарифму концентрации ионов водорода, взятому с обратным знаком:

Для нейтральной среды:

рН = 7среда нейтральная,

рН 7среда щелочная.

Задание 6.9. Определите характер среды, т.е. ее рН, если:

а) [Н + ] равна (в моль/л): 0,01; 10 –8 ; 10 –4 ;

б) [ОН – ] равна (в моль/л): 10 –9 ; 10 –1 ; 0,001.

В о п р о с. Как можно определить реакцию среды опытным путем?

О т в е т. Реакцию среды можно определить с помощью специальных реактивов, называемых индикаторами, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов водорода. Наиболее часто используемым индикатором является лакмус, который в щелочной среде приобретает синюю окраску, а в кислойкрасную.

Задание 6.10. Какую окраску будет иметь индикатор лакмус, если:

а) рН + ] = 10 –4 моль/л;

в) в растворе есть избыток ОН – ;

д) [ОН – ] = 10 –8 моль/л;

е) в растворе есть НNО₃;

Попробуйте ответить на вопрос: изменится ли окраска лакмуса в растворе серной кислоты, гидроксида натрия, сульфата натрия, карбоната натрия? В первых двух случаях можно уверенно сказать «да», т.к. при диссоциации образуются ионы водорода или гидроксид-анионы:

H₂SO₄ 2H + + ,

Na₂SO₄ 2Na + + ,

Na₂CO₃ 2Na + + .

Гидролиз солейэто процесс взаимодействия ионов соли с молекулами воды, в результате чего изменяется рН раствора.

Какой ион карбоната натрия реагирует с водой? Предположим, что оба. Тогда в растворе происходят процессы:

Вспомните, что такое «сильный электролит», «слабый электролит» и ответьте на вопрос: какой из этих процессов (А или Б) невозможен в растворе?

Следовательно, происходит процесс (Б), и краткое ионно-молекулярное уравнение гидролиза карбоната натрия выглядит так:

рН > 7, среда щелочная, лакмус синий.

И действительно, лакмус становится синим в растворе карбоната натрия. Почему именно карбонат-анион вступает в реакцию гидролиза? Потому что это ион, соответствующий слабому электролиту, и в результате его взаимодействия с водой образуется слабый электролит (вспомните условия протекания ионных процессов).

В ы в о д. Гидролизу подвергаются соли, содержащие остаток слабого электролита.

гидролиз не идет, т.к. соль образована двумя сильными электролитами;

гидролиз происходит, т.к. в состав соли входит остаток слабого электролита HNO2;

гидролиз происходит, т.к. в состав соли входит остаток слабого электролита Al(OH)3.

Задание 6.11. Определите, происходит ли гидролиз в растворах хлорида железа(III), силиката натрия, нитрата калия. Ответ поясните.

Алгоритм составления уравнения реакции гидролиза

1. Определить, какие электролиты образуют соль, отметить их силу:

2. Составить уравнение диссоциации соли, подчеркнуть ион, соответствующий слабому электролиту:

3. Для иона слабого электролита составить уравнение реакции взаимодействия с молекулой воды (уравнение гидролиза):

а) Из молекулы воды притягивается противоположно заряженный ион, в данном случае ОН – ;

б) сумма зарядов до и после реакции равна: (3+) = (2+) + (1+).

4. Определить реакцию среды в образовавшемся растворе: в данном случае образовались ионы Н + – значит, среда кислая, рН 2+ + 2OH – Cu(OH)₂;

б) Fe(OH)₃ + 3H + Fe 3+ + 3H₂O;

в) 3Mg 2+ + 2 Mg₃(PO₄)₂;

г) H + + OH – H₂O.

Какой из предложенных процессов соответствует реакции нейтрализации?

8. Какие из перечисленных ниже веществ, попадая в воду, изменяют окраску индикатора: сернистый газ, аммиак, натрий, сульфат цинка, поваренная соль, негашеная известь, стиральная сода, железо. Почему? Ответ подтвердить составлением необходимых уравнений реакций.

Источник

Вода не проводит электрический ток?

Из школьного курса физики мы помним, что электрическим током считается движение заряженных частиц. Вода, как известно, состоит из молекул, которые электрически нейтральны. Поэтому дистиллированная вода считается диэлектриком, то есть ток она проводить не может.

Однако такая вода встречается нечасто. Вся вода, которая течёт из-под крана, содержится в реках, озёрах и морях, — это минеральный раствор той или иной концентрации.

В ней содержатся как положительно (кальций, магний, натрий, железо), так и отрицательно (хлор, сульфат, карбонат) заряженные ионы, поэтому такая вода хорошо проводит ток, и тем лучше, чем больше концентрация минеральных солей.

Также вам может быть интересно

Топ 5 читаемых

Свидетельство Министерства информации Республики Беларусь №1040 от 14.01.2010

Правила комментирования

Эти несложные правила помогут Вам получать удовольствие от общения на нашем сайте!

Для того, чтобы посещение нашего сайта и впредь оставалось для Вас приятным, просим неукоснительно соблюдать правила для комментариев:

Сообщение не должно содержать более 2500 знаков (с пробелами)

Языком общения на сайте АиФ является русский язык. В обсуждении Вы можете использовать другие языки, только если уверены, что читатели смогут Вас правильно понять.

В комментариях запрещаются выражения, содержащие ненормативную лексику, унижающие человеческое достоинство, разжигающие межнациональную рознь.

Запрещаются спам, а также реклама любых товаров и услуг, иных ресурсов, СМИ или событий, не относящихся к контексту обсуждения статьи.

Не приветствуются сообщения, не относящиеся к содержанию статьи или к контексту обсуждения.

Давайте будем уважать друг друга и сайт, на который Вы и другие читатели приходят пообщаться и высказать свои мысли. Администрация сайта оставляет за собой право удалять комментарии или часть комментариев, если они не соответствуют данным требованиям.

Редакция оставляет за собой право публикации отдельных комментариев в бумажной версии издания или в виде отдельной статьи на сайте www.aif.ru.

Если у Вас есть вопрос или предложение, отправьте сообщение для администрации сайта.

Источник