Trong các hoạt động sản xuất chế tạo và trong hóa học, điện phân là một phương thức mà sử dụng dòng điện một chiều nhằm mục đích thúc đẩy phản ứng hóa học mà nếu như không có dòng điện thì nó sẽ không tự xảy ra. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng áp dụng được phương pháp điện phân.
Mục lục bài viết
1. Hiện tượng điện phân không ứng dụng để?
A. Đúc điện.
B. Mạ điện.
C. Sơn tĩnh điện.
D. Luyện nhôm.
Trả lời:
Đáp án đúng: C. Sơn tĩnh điện.
Giải thích: Hiện tượng điện phân không ứng dụng để sơn tĩnh điện.
2. Hiện tượng điện phân là gì?
Hiện tượng điện phân là hiện tượng khi có dòng điện chạy qua dung dịch điện phân thì có sự xuất hiện của các chất mới trong dung dịch điện phân ấy.
Dòng điện trong ᴄhất điện phân là khái niệm đượᴄ dùng để ᴄhỉ dòng dịᴄh ᴄhuуển ᴄó hướng ᴄủa ᴄáᴄ ion. Những ion âm ѕẽ dịᴄh ᴄhuуển ᴠề anot ᴄòn ᴄáᴄ ion dương ѕẽ di ᴄhuуển ᴠề ᴄatot. Ion ᴄó trong ᴄhất điện phân là do ѕự phân li ᴄủa ᴄáᴄ phân tử ᴄhất tan ᴄó trong môi trường dung môi.
Khi ᴄáᴄ ion di ᴄhuуển đến ᴄáᴄ điện ᴄựᴄ thì ᴄhúng ѕẽ thựᴄ hiện trao đổi eleᴄtron ᴠới ᴄáᴄ điện ᴄựᴄ ѕau đó đượᴄ giải phóng ngaу tại đó hoặᴄ đượᴄ tham gia ᴄáᴄ phản ứng phụ kháᴄ. Một trong những phản ứng phụ phổ biến đó đó là phản ứng ᴄựᴄ dương tan. Phản ứng phụ nàу хảу ra tại ᴄáᴄ bình điện phân ᴄó anot là kim loại mà ᴄầu muối ᴄủa nó ᴄó mặt trong dung dịᴄh điện phân.
Ví dụ: Xét trường hợp bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 với cực dương bằng đồng:
Khi có dòng điện chạy qua, cation Cu2+ chạy về catôt và nhận electron trở thành nguyên tử Cu bám vào điện cực.
Cu2+ + 2e– → Cu
Ở anôt, electron bị kéo về cực dương của nguồn điện, tạo điều kiện hình thành ion Cu2+ trên bề mặt tiếp xúc với dung dịch.
Cu → Cu2+ + 2e-
Khi anion (SO4)2- chạy về anôt, nó kéo ion Cu2+ vào dung dịch. Như vậy, đồng ở anôt sẽ tan dần vào trong dung dịch. Đó là hiện tượng dương cực tan.
3. Bản chất dòng điện trong chất điện phân:
– Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau.
+ Ion dương chạy về phía catôt nên gọi là cation
+ Ion âm chạy về phía anôt nên gọi là anion.
– Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất (theo nghĩa hẹp) đi theo. Tới điện cực chỉ có êlectron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.
– Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại.
4. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực:
– Các ion chuyển động về các điện cực có thể tác dụng với chất làm điện cực hoặc với dung môi tạo nên các phản ứng hóa học gọi là phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân.
– Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anot kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch.
5. Kiến thức tham khảo về dòng điện trong các môi trường:
5.1. Dòng điện trong kim loại:
– Bản chất dòng điện trong kim loại sẽ là dòng chuyển dời có hướng của các electron ngược chiều điện trường.
– Điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ: ρ = ρ0[1 + α(t – t0)].
α: hệ số nhiệt điện trở (K-1).
ρ0 : điện trở suất của vật liệu tại nhiệt độ t0.
– Suất điện động của cặp nhiệt điện: E = αT(T1 – T2).
– Trong đó T1 – T2 là hiệu nhiệt độ giữa 2 đầu: đầu nóng và đầu lạnh; αT là hệ số nhiệt điện động.
– Hiện tượng siêu dẫn: Là hiện tượng điện trở suất của vật liệu sẽ giảm đi đột ngột xuống bằng 0 khi khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống thấp hơn một lượng giá trị Tc nhất định. Giá trị này phụ thuộc vào bản thân vật liệu.
5.2. Dòng điện trong chất điện phân:
a) Đặc điểm dòng điện trong chất điện phân
– Các dung dịch muối, axit, bazơ hay các muối nóng chảy được gọi là các chất điện phân.
– Hạt tải điện trong chất điện phân là các ion dương, ion âm bị phân li từ các phân tử muối, axit, bazơ.
– Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau trong điện trường.
– Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại vì mật độ các ion trong chất điện phân nhỏ hơn mật độ các electron trong kim loại, khối lượng và kích thước của các ion lớn hơn khối lượng và kích thước của các electron nên tốc độ chuyển động có hướng của chúng nhỏ hơn.
– Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch.
– Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Tới điện cực chỉ có electron có thể đi tiếp, còn lượng vật chất động lại ở điện cực, gây ra hiện tượng điện phân.
– Hiện tượng điện phân được áp dụng trong các công nghệ luyện kim, hóa chất, mạ điện, …
b) Các định luật Fa-ra-đây
– Định luật Fa – ra – đây thứ nhất:
+ Khối lượng vật chất đươc giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó : m = kq
– Định luật Fa – ra – đây thứ hai:
+ Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A/n của nguyên tố đó.
– Hệ số tỉ lệ là 1/F , trong đó F gọi là số Farađây: k = 1/F . A/n
+ Khối lượng chất thoát ra ở cực của bình điện phân tính ra gam: m= (1/96500) . (A/n). It
với F = 96500 C/mol; m tính bằng gam, A là khối lượng mol nguyên tử của chất, I tính bằng ampe, t tính bằng giây, n là hóa trị của nguyên tố tạo ra ion.
5.3. Dòng điện trong chất khí:
– Trong điều kiện thường thì chất khí không dẫn điện. Chất khí chỉ dẫn điện khi trong lòng nó có sự ion hóa các phân tử.
– Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương, ion âm và các electron do chất khí bị ion hóa sinh ra.
– Khi dùng nguồn điện gây hiệu điện thế lớn thì xuất hiện hiện tượng nhân hạt tải điện trong lòng chất khí.
– Quá trình phóng điện vẫn tiếp tục được quy trì khi không còn tác nhân ion hóa chất khí từ bên ngoài gọi là quá trình phóng điện tự lực.
– Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực hình thành dòng điện qua chất khí có thể giữ được nhiệt độ cao của catod để nó phát được eletron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.
5.4. Dòng điện trong chân không:
– Chân không là môi trường đã được lấy đi các phân tử khí. Nó không chứa các hạt tải điện nên không dẫn điện. Để chân không dẫn điện ta phải đưa các electron vào trong đó.
– Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào trong khoảng chân không đó.
5.5. Dòng điện trong Chất bán dẫn:
– Có những chất không thể xem là kim loại hay điện môi chúng được gọi là chất bán dẫn. Chất bán dẫn có điện trở suất nằm khoảng trung gian giữa kim loại và điện môi. Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn rất lớn khiến chúng không dẫn điện. Khi tăng nhiệt đô cao, điện trớ uất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở thành giá trị âm. Chất bán dẫn có khả năng dẫn điện.
– Bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn
– Xét trên phân tử của Silic (Si) là chất bán dẫn thuần tinh khiết, có thể nhận thấy mỗi phân mỗi tinh thể Si có bốn Eletron hóa trị nên có thể tạo được liên kết với bốn nguyên tử lân cận. Các Eletron hóa trị này khi tham gia vào liên kết, không thể tham gia dẫn điện. Tuy nhiên khi nhiệt độ của chất nóng lên, các liên kết bị phá vỡ, các Eletron này trở thành Electron tự do tạo thành hạt tải điện.
– Chỗ nguyên tử bị phá vỡ liên kết với Eletron lại trở về mang điện tích dương tạo thành hạt tải điện dương hấp dẫn một electron hóa trị của nguyên tử Silic lân cận, để điền vào trở lại, tạo nên dòng dịch chuyển của các Electron. Các hạt tải điện dương này gọi là lỗ trống. Như vậy, dòng điện trong chất bán dẫn là dòng dịch chuyển có hướng của các Electron và lỗ trống.
