Câu hỏi: So sánh bản chất dòng điện trong kim loại trong chất điện phân và chất khí
Trả lời:
Chúng ta có thể so sánh bản chất dòng điện trong kim loại trong chất điện phân và chất khí như sau:
- Giống nhau: Đều là dòng chuyển dời có hướng của các hạt tải điện.
- Khác nhau:
+ Dòng điện trong kim loại là dòng các electron tự do dịch chuyển có hướng ngược chiều điện trường.
+ Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và ion âm ngược chiều điện trường.
+ Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo.
+ Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, electron ngược chiều điện trường.
1. Bản chất dòng điện trong chất điện phân
Trong dung dịch, các axit, ba zơ, muối bị phân li thành ion.
- 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.
Hiện tượng gốc axit trong dung dịch điện phân tác dụng với cực dương tạo thành chất điện phân tan trong dung dịch và cực dương bị mòn đi gọi là hiện tượng dương cực tan.
Nội dung các định luật Faraday:
+ Định luật 1: Khôi lượng chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó.
m = kq
+ Định luật 2: Đương lượng hóa học của nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gamA/ncủa nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là1/Ftrong đó F gọi là số Faraday.
Biểu thức kết hợp nội dung hai định luật:
2. Bản chất 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.
Ngọn lửa ga [nhiệt độ rất cao], tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân trong thí nghiệm trên được gọi là các tác nhân ion hoá. Nhờ có năng lượng cao, chúng ion hoá chất khí, tách phân tử khí trung hoà thành ion dương và êlectron tự do. Êlectron tự do lại có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà thành ion âm. Các hạt tích điện này là hạt tải điện trong chất khí.Khi dùng nguồn điện gây hiệu điện thế lớn thì xuất hiện hiện tượng nhân hạt tải điện trong lòng chất khí.
=> Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các êlectron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hoá sinh ra.
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.
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.
2. Dòng điện trong chất điện phân:
Trong dung dịch, các muối, bazơ, axit bị phân li thành ion. Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion ở trong điện trường theo hai hướng ngược nhau.
Hiện tượng gốc axit trong dung dịch điện phân sẽ tác dụng với cực dương tạo thành chất điện phân tan trong dung dịch và làm cực dương đi gọi là hiện tượng dương cực tan.
Nội dung các định luật Faraday:
+ Định luật 1: Khối lượng chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân sẽ tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó.
m = kq
+ Định luật 2: Đương lượng hóa học của nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A/n của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là 1/F , trong đó F ở đây gọi là số Faraday.
Biểu thức kết hợp nội dung hai định luật:
3. Dòng điện trong chất khí:
Trong điều kiện thường chất khí sẽ không dẫn điện. Chất khí chỉ dẫn điện khi trong lòng ở đó có sự ion hóa các phân tử.
Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion âm, ion dương và các electron do chất khí bị ion hóa sinh ra.
Khi dùng nguồn điện gây hiệu điện thế lớn thì sẽ xuất hiện hiện tượng nhân hạt tải điện trong lòng chất khí.
Quá trình phóng điện vẫn tiếp tục được duy 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 catot để nó phát được electron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt điện tử.
I. Dòng điện trong kim loại – Chương dòng điện trong các môi trường
- Các tính chất điện của kim loại có thể giải thích được dựa trên sự có mặt của các electron tự do trong kim loại. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do.
- Trong chuyển động, các electron tự do luôn luôn va chạm với các ion dao động quanh vị trí cân bằng ở các nút mạng và truyền một phần động năng cho chúng. Sự va chạm này là nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại và tác dụng nhiệt. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ.
- Hiện tượng khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ Tc nào đó, điện trở của kim loại [hay hợp kim] giảm đột ngột đến giá trị bằng không, là hiện tượng siêu dẫn.
So sánh sự khác nhau giữa ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học
Trong cuộc sống hằng ngày chún ta gặp rất nhiều trường hợp các vật dụng bị ăn mòn hoặc hao mòn do nhiều nguyên nhân khác nhau, điển hình là các vật thể bằng sát thường bị oxy hóa làm han rỉ. Người ta thường sử dụng lớp sơn quét để chống điều này.
1. Ăn mòn hóa học
Ăn mòn hóa học là do kim loại phản ứng với hơi nước hoặc chất khí ở nhiệt độ cao. Hoặc tớ thấy người ta nói khó hiểu hơn như sau
Sự ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa khử trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường
Sự ăn mòn điện hóa là quá trình oxi hóa khử trong đó kim loại bị ăn mòn do tác dụng của dung dịch chất điện ly tạo lên dòng electron chuyển dời từ anot sang catot
Điều kiện để xảy ra ăn mòn điện hóa:
1] Các điện cực phải khác nhau.Ví dụ như Fe và Cu. Kim loại mạnh là cực âm và bị ăn mòn nhanh chóng
2] Các điện cực phải tiếp xúc với nhau [có thể trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn] và cùng tiếp xúc với môi trường điện ly
2. Ăn Mòn Điện Hóa
Ăn mòn điện hóa là sự phá hủy kim loại do hợp kim tiếp xúc với dung dịch chất điện li tạo nên dòng điện.
Thí dụ: phần vỏ tàu biển chìm trong nước, ống dẫn đặt trong lòng đất, kim loại tiếp xúc với không khí ẩm... Do vậy, ăn mòn điện hóa là loại ăn mòn kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất
a] Các điều kiện ăn mòn điện hóa: Điều kiện cần và đủ là:
- Các điện cực phải khác chất nhau: có thể là cặp kim loại khác nhau, cặp kim loại - phi kim [C], cặp kim loại - hợp chất hóa học [ xêmentit ]. Trong đó kim loại có tính khử mạnh hơn sẽ là cực âm. Như vậy kim loại nguyên chất khó bị ăn mòn.
- Các điện cực phải tiếp xúc với nhau [ hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp qua dây dẫn ]
- Các điện cực cùng tiếp xúc với một dung dịch điện li
b] Cơ chế ăn mòn điện hóa : Gang hoặc thép là những hợp kim Fe-C, trong đó cực âm là những tinh thể Fe, cực dương là những tinh thể C. Các điện cực này tiếp xúc trực tiếp với nhau và với một dung dịch điện li phủ ngoài. Như vậy, vật bị ăn mòn theo kiểu điện hóa:
- Ở cực âm: Các nguyên tử Fe bị oxi hóa thành . Các ion này tan vào dung dịch điện li trong đó đã có một lượng không khí oxi, tại đây chúng bị oxi hóa tiếp thành .
- Ở cực dương: Các ion hiđro của dung dịch điện li di chuyển đến cực dương, tại đây chúng bị khử thành hiđro tự do, sau đó thoát ra khỏi dung dịch điện li: .
Các tinh thể Fe lần lượt bị oxi hóa từ ngoài vào trong. Sau một thời gian, vật bằng gang [thép] sẽ bị ăn mòn hết.
c] Bản chất của ăn mòn điện hóa: là quá trình oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt các điện cực. Ở cực âm xảy ra quá trình oxi hóa kim loại, ở cực dương xảy ra quá trình khử các ion [ nếu dung dịch điện li là axit ]
3. So sánh giữa ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học
|
Phân loại |
Ăn mòn hóa học |
Ăn mòn điện hóa học |
|
Điều kiện xảy ra ăn mòn |
Thường xảy ra ở những thiết bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên phải tiếp xúc với hơi nước và khí oxi |
- Các điện cực phải khác nhau, có thể là cặp hai kim loại khác nhau hoặc cặp kim loại - phi kim hoặc cặp kim loại - hợp chất hóa học [như Fe3C]. Trong đó kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn sẽ là cực âm. |
|
Cơ chế của sự ăn mòn |
Thiết bị bằng Fe tiếp xúc với hơi nước, khí oxi thường xảy ra phản ứng: |
- Sự ăn mòn điện hóa một vật bằng gang [hợp kim Fe - C][hoặc thép] trong môi trường không khí ẩm có hòa tan khí CO2, SO2, O2... sẽ tạo ra một lớp dung dịch điện li phủ bên ngoài kim loại. |
|
Bản chất của sự ăn mòn |
Là quá trình oxi hóa - khử, trong đó các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường, ăn mòn xảy ra chậm |
Là sự ăn mòn kim loại do tác dụng của dung dịch chất điện li và tạo nên dòng điện. |
Tổng hợp Internet