08-й. Электропроводность жидкостей и газов
§ 08-й. Электропроводность жидкостей и газов
Сначала рассмотрим электрический ток в жидкостях. В § 8-а мы обсудили распад молекул серной кислоты на отдельные ионы при её растворении в воде: ионы водорода и сульфат-ионы. Порождать ионы могут и молекулы других веществ, например поваренной соли. При её растворении или расплавлении происходит распад электронейтральных молекул на заряженные ионы: NaCl → Na+ + Cl –.
Поместим раствор или расплав соли в ванну, в которой есть электроды, соединённые с «+» и «–» источника электроэнергии (см. рисунок). Под действием сил электрического поля, существующего между электродами, ионы натрия и хлора начнут встречное движение.
Убедиться, что жидкости могут проводить ток, можно простым опытом: включив лампочку в разрыв провода, идущего от ванны к источнику. Однако опыты, подтверждающие движение ионов, находятся «на стыке» физики и ещё не изученных вами разделов химии. Поэтому вам придётся поверить нам на слово и запомнить: электропроводность жидкостей (кроме тех, молекулы которых состоят из одного атома) обусловлена встречным движением их положительных и отрицательных ионов. Такое перемещение ионов внутри жидкости обычно приводит к химическим реакциям на поверхностях обоих электродов.
Рассмотрим теперь электрический ток в газах. Проделаем опыт с прибором «Разряд». Он служит для электризации тел, подобно заряженным палочкам из эбонита или стекла, но не «одноразово», а непрерывно длительное время (рис.а). Поэтому соединённые с ним тела приобретают гораздо больший заряд, чем при электризации палочками.
Присоединим к работающему «Разряду» два металлических шара, между которыми промежуток воздуха. Лепестки электроскопа «поднимутся», отмечая увеличение заряда шаров (рис.а). Через несколько секунд шары наэлектризуются настолько сильно, что проскочит искра, и лепестки электроскопа «опадут» (рис.б). Это показывает, что воздух между шарами, бывший диэлектриком, стал проводником на короткое время проскакивания искры.
Возникает вопрос: почему искры проскакивают только время от времени, превращая воздух из диэлектрика в проводник, и как это вообще происходит? Во-первых, лепестки электроскопа после опадания поднимаются плавно, свидетельствуя о постепенном нарастании зарядов шаров. По сути, они представляют собой конденсатор, которому требуется некоторое время, чтобы накопить заряд.
Во-вторых, в физике и химии установлено, что ионизация веществ может происходить не только при растворении и расплавлении, но и под действием электрического поля. Сильное поле способно оторвать от молекулы электрон(ы), поэтому она становится ионом (см. рисунок). Под действием сил поля положительные ионы устремляются к отрицательно заряженному шару, а электроны — к положительному, по пути «выбивая» новые электроны из других молекул. Так возникает искра, поскольку количество заряженных частиц лавинообразно нарастает (см. рисунок ниже).
Встречное движение ионов и электронов в искре — это электрический ток. Его и сопутствующие явления называют искровым разрядом. Слово «разряд» подчёркивает, что заряды шаров уменьшаются (за счёт переноса ионами положительного заряда на отрицательно заряженный шар, а электронами — отрицательного заряда на положительно заряженный шар). Резко «опадающие» лепестки электроскопа показывают, что разряд шаров происходит очень быстро. Как только сильное поле между шарами исчезает, искра прекращается. В физике это объясняют тем, что электроны и ионы рекомбинируют — объединяются в нейтральные молекулы, и воздух снова становится диэлектриком.
Таким образом, электропроводность газов обусловлена встречным движением ионов и электронов. Наряду с искровым разрядом, схему которого мы рассмотрели, в газах могут происходить дуговой, тлеющий и коронный разряды. Предлагаем вам самостоятельно подготовить доклады на эти темы, используя интернет-ресурсы и литературу.