Занимательная химия для детей и взрослых

В металлическом проводнике движутся электроны, и если цепь замкнута, то число электронов, покидающих данный объем металла, в точности равно числу электронов, приходящих в этот объем. Происходит это на всем протяжении цепи, начиная от генератора электроэнергии, даже если длина цепи составляет тысячи километров. (Напомним, что после замыкания цепи начало направленного движения электронов в ней распространяется со скоростью света, хотя сами электроны в металле движутся неизмеримо медленнее: их скорость измеряется миллиметрами в секунду и зависит от напряжения.) Чтобы привести электроны в движение, достаточно приложить к концам проводника очень малое напряжение, поэтому закон Ома в металлах выполняется очень хорошо в большом диапазоне напряжений.

В проводниках второго рода движутся не электроны, а ионы. Чтобы электрическая цепь, включающая источник напряжения, подводящие провода, электроды и раствор электролита, оказалась замкнутой, необходимо как-то «состыковать» электронную и ионную проводимость. Такая «состыковка» происходит на границе раствора и электродов. Источник напряжения «нагнетает» электроны на катод и «откачивает» их из анода. Однако электроны не могут «войти» в раствор с катода и «выйти» из раствора на анод. Электроны могут быть «изъяты» из катода лишь в результате их взаимодействия с ионами или нейтральными молекулами в растворе, которые при этом восстанавливаются. На аноде же ионы или нейтральные молекулы окисляются, отдавая свои электроны металлу. Только таким образом цепь можно замкнуть: в металлических проводниках ток будут переносить электроны, в растворе (или расплаве) – ионы. Важно, что восстанавливаться и окисляться на электродах могут одни частицы, а переносить заряд в растворе – совершенно другие.

Электродные процессы восстановления и окисления не могут идти, если сила, «нагнетающая» и «откачивающая» электроны (т. е. напряжение на электродах) меньше некоторого определенного значения. Минимальная разность потенциалов, которую необходимо создать между электродами, чтобы начался электролиз, называется напряжением разложения электролита. Оно зависит как от типа электролита (0,70 В для нитрата серебра и 2,35 В для сульфата цинка), так и от его концентрации (1,26 В при электролизе соляной кислоты с концентрацией 2 моль/л и 1,69 В при ее концентрации 0,03 моль/л). Существенное значение имеет также плотность тока и материал электрода. Например, чтобы водород из раствора кислоты выделялся на свинцовом катоде, требуется более высокое напряжение, чем в случае платинового катода. Из сказанного следует вывод, что именно процессы на электродах создают саму возможность протекания электрического тока через раствор. Поэтому правильнее говорить, что разложение электролита происходит не «под действием электрического тока», а в результате процессов окисления-восстановления на электродах. Протекание тока через раствор – следствие, а не причина электродных процессов.

Факт второй. В растворе невозможно даже в малой степени разделение катионов и анионов.

Именно поэтому при напряжениях, недостаточных для протекания электродных реакций, ток через раствор не идет даже в первый момент.