Что такое электрическая оболочка?

Содержание

Основные положения теории электролитической диссоциации

Итак, мы разобрались, что такое диссоциация в химии, а сейчас повторим ключевые моменты:

  • При взаимодействии с водой или другими растворителями в электролитах разрывается химическая связь между частицами и они распадаются на ионы — происходит электролитическая диссоциация.

  • Под действием электротока катионы перемещаются к положительно заряженному электроду, анионы — к отрицательно заряженному. Раствор электролита обладает проводимостью.

  • Степень диссоциации зависит от типа электролита и от внешних условий. Для сильных электролитов она необратима, для слабых — это обратимая реакция.

  • Химические свойства электролитов соответствуют свойствам ионов, которые образовались при диссоциации.

Электролиты и неэлектролиты

Хотя электролитическая диссоциация происходит независимо от действия электротока, между этими явлениями есть связь. Чем выше способность вещества распадаться на ионы при взаимодействии с растворителем, тем лучше оно проводит электроток. По такому критерию известный физико-химик М. Фарадей выделил электролиты и неэлектролиты.

Электролиты — это вещества, которые после диссоциации на ионы в растворах и расплавах проводят электроток. Обычно в их молекулах ионные или полярные ковалентные связи.

Неэлектролиты — это вещества, которые не распадаются на ионы в растворах и расплавах, а значит, не обладают проводимостью в растворенном виде. Для них характерны ковалентные неполярные или слабополярные связи.

Степень диссоциации

В зависимости от того, сколько молекул диссоциировало на ионы, вещество может быть сильным или слабым электролитом. Этот показатель называется степенью диссоциации, его измеряют от 0 до 1 либо в процентах.

Степень диссоциации — это отношение количества распавшихся на ионы молей вещества к исходному количеству молей.

или .

Если в растворе на ионы распадаются все 100% электролита, .

По силе электролиты делятся на следующие группы:

  • слабые — ;

  • средние — ;

  • сильные — .

Важно!
Молекулы сильных электролитов необратимо распадаются на ионы, поэтому в уравнениях нужно ставить знак =. Реакции со слабыми электролитами обратимы, поэтому ставится знак ⇄

Ступенчатая диссоциация

В отдельных случаях вещества расщепляются на ионы в несколько этапов или ступеней. Например, такая реакция характерна для основных и кислых солей, многоосновных кислот. Ступенчатая диссоциация может включать два этапа и более, при этом на первой ступени концентрация ионов всегда больше, чем на последующих.

Пример 1

Ортофосфорная кислота диссоциирует в 3 ступени. На первой из них наблюдается максимальная концентрация дигидрофосфат-ионов, а на последней остается минимальное количество фосфат-ионов (диссоциация почти не идет). Данная кислота не относится к сильным электролитам, поэтому реакция обратима.

  1. H3PO4 ⇄ H+ + H2PO4

  2. H2PO4— ⇄ H+ + HPO42-

  3. HPO42- ⇄ H+ + PO43-

Суммарное уравнение: H3PO4 ⇄ 3H+ + PO43-.

Пример 2

Кислая соль Ca(HCO3)2 диссоциирует в 3 ступени. Поскольку это сильный электролит, на первом этапе реакция необратима. На втором этапе распадается на ионы слабый кислотный остаток HCO3— и слабый электролит, поэтому реакция обратима.

  1. Ca(HCO3)2 = Ca2+ + 2HCO3

  2. HCO3— ⇄ H+ + CO32-

  3. H+ + H2O = H3O+

Суммарное уравнение: Ca(HCO3)2 + 2H2O = Ca2+ + 2H3O+ + 2CO32-.

Механизм электролитической диссоциации

При контакте с водой или другими растворителями диссоциации подвержены все вещества с ионной связью. Также распадаться на ионы могут вещества с ковалентной полярной связью, которая под действием воды переходит в ионную, а после разрушается.

Механизм диссоциации электролитов удобно рассматривать на примере хлорида натрия NaCl. Его кристаллическая решетка образована катионами натрия Na+ и анионами хлора Cl-, которые удерживаются вместе благодаря ионной связи. При растворении в воде каждый кристалл хлорида натрия окружают ее молекулы.

Отметим, что молекулы воды — это диполи. На одном конце они несут атомы водорода с частичным положительным зарядом, а на другом — атомы кислорода с частичным отрицательным. Соответственно, атомы кислорода притягиваются к катионам натрия, а атомы водорода — к анионам хлора. Эта сила электростатического притяжения ослабляет и в итоге разрывает ионную связь между натрием и хлором. Вещество диссоциирует на ионы.

После распада хлорида натрия образовавшиеся ионы Na+ и Cl- окружают молекулы воды, создавая гидратную оболочку. Ионы с такой оболочкой называют гидратированными.

Если вместо воды был использован другой растворитель — например, этанол, его молекулы создают сольватную оболочку. В этом случае ионы называются сольватированными.

Сущность процесса электролитической диссоциации передает схема:

«Строение электронных оболочек атомов»

Ключевые слова конспекта: строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева, завершенный электронный слой, валентный слой, энергетические уровни, правило октета, орбиталь, 

Электронная оболочка атома — это все электроны атома. Электроны в электронной оболочке атома расположены слоями. Электроны в разных слоях различаются энергией взаимодействия с ядром атома. Чем дальше от ядра находится электрон, тем меньше энергия его взаимодействия с ядром.

Вместимость электронных слоев различная. В слое № 1, или в первом слое, у всех элементов, кроме водорода, находится 2 электрона. (В атоме водорода всего 1. электрон, и он — в первом слое.) Во втором слое может находиться не больше восьми электронов. В третьем слое максимально может расположиться 18 электронов. В четвертом слое максимально бывает 32 электрона.

Популярные статьи  Как лучше организовать электропроводку в квартире-хрущевке, если заземления нет

Если N — максимальное число электронов на электронном слое с номером n, то для определения числа N можно воспользоваться формулой N = 2n2.

Завершенный электронный слой — это слой в атоме, содержащий максимально возможное для него число электронов.

Электронные слои заполняются так: сначала первый, потом второй и последующие — по мере уменьшения энергии их взаимодействия с ядром. Расположение по слоям электронов в атомах водорода, кислорода и магния:

Число электронных слоев атома равно номеру периода химического элемента в таблице Менделеева. Поэтому у атома водорода один электронный слой, у кислорода — два слоя, а у магния — три слоя.

Валентный слой — это внешний электронный слой. У водорода это 1-й слой, у кислорода — 2-й слой, у магния — 3-й слой. Валентные электроны — это электроны внешнего слоя. Внешний слой всегда содержит не больше восьми электронов. Восьми-электронный внешний слой характеризуется повышенной устойчивостью. (Это — «правило октета».)

Зная максимальное число электронов в каждом электронном слое атома, можно составить схему расположения электронов по слоям в заданном элементе. Электронные слои атомов называют энергетическими уровнями.

Химические свойства атомов определяются свойствами их электронов. Движение электронов в атоме описывают с привлечением понятия орбитали. Каждый электрон в атоме находится на своей орбитали.

Орбиталь — это часть электронного облака, создаваемого электронами при движении в атоме. Орбиталь — это пространство около ядра, где чаще всего находится электрон.

Электроны первых 30 химических элементов от водорода до цинка размещены на орбиталях трех видов — s, р и d. Вместимость любой орбитали — два электрона. На 1-м энергетическом уровне одна s-орбиталь.

Таблица. Строение электронных оболочек атомовпервых 20 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева

Приведем некоторые сведения, которые следуют из электронной формулы атома на примере атома фтора: F 1s2 2s2 2р5.

Фтор — элемент 2-го периода, т.к. в его электронной формуле два электронных слоя. Сумма всех надстрочных индексов — 9 (общее число электронов), это и атомный номер фтора. Элементы, у которых очередные электроны помещаются на s- и р-орбиталях, относятся к главным подгруппам таблицы Менделеева. Сумма электронов 2-го внешнего слоя дает номер группы — VII.

Конспект урока «Строение электронных оболочек атомов».

Накопление электричества и знаний о нём

Зримое накопление электричества происходило и когда надевали на себя поделки из янтаря: янтарные бусы, янтарные заколки для волос. Тут уж объяснений, кроме как явной магии, не могло быть никаких. Ведь, чтобы фокус удавался, перебирать бусы надо было исключительно чистыми сухими руками и сидя в чистой одежде. И чистые волосы, хорошо потёртые заколкой, дают нечто красивое и устрашающее: нимб торчащей кверху шевелюры. Да ещё потрескивание. Да ещё в темноте вспышки. Это же действие духа, требовательного и капризного, равно как и страшного и непонятного. Но настала пора, и электрические явления перестали быть территорией духа.

Стали всё что угодно называть просто — «взаимодействие». Вот уж тогда и начали экспериментировать. Придумали специальную машину для этого (электрофорная машина), и банку для накопления электричества (лейденская банка). И прибор, который уже мог показывать некоторое «равно-больше-меньше» в отношении электричества (электроскоп). Осталось только всё это объяснить с помощью набиравшего силу языка формул.

Так, человечество додумалось до необходимости осознания наличия в природе некоего электрического заряда. Собственно, в названии никакого открытия не содержится. Электрический — значит, связанный с явлениями, изучение которых началось с магии янтаря. Слово «заряд» говорит только о неясных возможностях, заложенных в предмет, как ядро в пушку. Просто ясно, что электричество можно как-то добывать и как-то накапливать. И как-то ого должно измеряться. Равно как и обычное вещество, например, масло.

И, по аналогии с веществами, о мельчайших частицах которых (атомах), говорили уверенно ещё со времён Демокрита, и решили, что заряд должен непременно состоять из аналогичных очень маленьких «корпускул» — телец. Количество которых в большом заряженном теле и даст величину электрического заряда.

Хорошая проводимость

Электрические проводники должны иметь хорошую электропроводность, чтобы выполнять свою функцию по передаче электроэнергии.

Международная электротехническая комиссия в середине 1913 года определила, что электропроводность меди в чистом виде может служить эталоном для измерения и сравнения электропроводности других проводящих материалов.

Таким образом, Международный стандарт на отожженную медь (Международный стандарт отожженной меди, IACS для его аббревиатуры на английском языке).

В качестве эталона была принята проводимость отожженной медной проволоки длиной один метр и массой одного грамма при 20 ° C, значение которой равно 5,80 x 10.7 Вы-1. Это значение известно как 100% -ная электрическая проводимость IACS, и оно является эталоном для измерения проводимости проводящих материалов.

Электропроводящий материал считается таковым, если он имеет более 40% IACS. Материалы с проводимостью более 100% IACS считаются материалами с высокой проводимостью.

Молекулярное, полное и сокращенное ионные уравнения

С помощью молекулярных уравнений можно показать состав вещества с разложением его на молекулы. Полные ионные уравнения отражают реакцию диссоциации, т. е. расщепление молекул на ионы. Но в таком виде расписывают только сильные электролиты.

Не раскладывают на ионы:

  • слабые электролиты;

  • осадки;

  • газы.

Рассмотрим это на примере взаимодействия между нитратом свинца и серной кислотой.

Молекулярное уравнение: Pb(NO3)2 + H2SO4 → 2HNO3 + PbSO4

Сульфат свинца PbSO4 мы не будем раскладывать на ионы, поскольку это слабый электролит.

Полное ионное уравнение: Pb2+ + 2NO3— + 2H+ + SO42- → 2H+ + 2NO3— + PbSO4

Сократить это выражение очень просто — нужно убрать из обеих частей одинаковые ионы, которые не изменились в ходе реакции.

Сокращенное ионное уравнение: Pb2+ + SO42- → PbSO4

Как составить уравнение диссоциации

В левой части пишем молекулярную формулу вещества, а в правой — формулы образовавшихся катионов и анионов. Между ними ставим знак =, если это сильный электролит, или знак ⇄ — если средний или слабый. После этого нужно проставить коэффициенты перед ионами и проверить сумму катионов и анионов (она всегда равна 0).

Популярные статьи  Как лучше и правильнее сделать заземление деревянного дачного дома?

Как диссоциируют разные группы веществ

Диссоциация кислот

Приводит к образованию катионов водорода H+ и отрицательно заряженных кислотных остатков:

HCl = H+ + Cl-

H2SO4 = 2H+ + SO42-

HNO2 ⇄ H+ + NO2-

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:

  1. AlOHCl2 = AlOH2+ + 2Cl-

  2. AlOH2+ ⇄ Al3+ + OH-

Диссоциация оснований

Происходит с образованием гидроксильных групп OH- и положительно заряженных ионов металла. Сильные электролиты в растворах диссоциируют полностью, а слабые — ступенчато и обратимо.

Сильные основания:

NaOH = Na+ + OH-

Слабые основания:

  1. Cu(ON)2 ⇄ CuOH+ + OH-

  2. CuOH+ ⇄ Cu2+ + OH-

Диссоциация солей

Ведет к образованию катионов металлов (или катиона аммония) и отрицательно заряженных кислотных остатков.

Средние соли в растворах полностью распадаются в одну ступень.

Na3PO4 = 3Na + PO43-

Кислые соли распадаются ступенчато. На первом этапе отделяются катионы металла, а на втором — катионы водорода.

  1. KHSO4 = K+ + HSO4

  2. HSO4— ⇄ H+ + SO42-

Основные соли также диссоциируют в две ступени. На первой отделяются кислотные остатки, а за ними — гидроксильные группы OH-.

  1. MgOHBr = MgOH+ + Br-

  2. MgOH+ ⇄ Mg2+ + OH-

черты

Электрические проводники характеризуются тем, что не оказывают большого сопротивления прохождению через них электрического тока, что возможно только благодаря его электрическим и физическим свойствам, которые гарантируют, что циркуляция электричества проводником не вызывает деформации или разрушения. рассматриваемого материала.

Электрические характеристики

Основные электрические характеристики электрических проводников следующие:

Хорошая проводимость

Электрические проводники должны иметь хорошую электрическую проводимость, чтобы выполнять свою функцию переноса электроэнергии..

Международная электротехническая комиссия в середине 1913 года определила, что электропроводность чистой меди может служить эталоном для измерения и сравнения проводимости других проводящих материалов..

Таким образом, Международный стандарт для отжига меди был установлен (Международный стандарт отожженной меди, IACS за аббревиатуру на английском).

Принятым эталоном была проводимость отожженного медного провода длиной один метр и одного грамма массы при 20 ° C, значение которого равно 5,80 x 107 S.M-1. Это значение известно как 100% IACS электропроводности и является контрольной точкой для измерения электропроводности проводящих материалов..

Проводящий материал считается таковым, если он имеет более 40% IACS. Материалы с проводимостью более 100% IACS считаются материалами с высокой проводимостью.

Атомная структура позволяет прохождение тока

Атомная структура позволяет проходить электрический ток, так как атомы имеют мало электронов в своей валентной оболочке, и, в свою очередь, эти электроны отделены от ядра атома.

Описанная конфигурация подразумевает, что для перемещения электронов от одного атома к другому не требуется большого количества энергии, облегчая движение электронов через проводник.

Этот тип электронов называется свободными электронами. Его расположение и свобода движения вдоль атомной структуры — то, что облегчает циркуляцию электричества через водителя.

Объединенные ядра

Молекулярная структура проводников состоит из тесно сплетенной сети ядер, которая остается практически неподвижной благодаря своей когезии..

Это делает движение электронов, которые находятся далеко внутри молекулы, благоприятным, поскольку они движутся свободно и реагируют на близость электрического поля. 

Эта реакция вызывает движение электронов в определенном направлении, что вызывает циркуляцию электрического тока через проводящий материал.

Электростатический баланс

При воздействии определенной нагрузки проводящие материалы в конечном итоге достигают состояния электростатического равновесия, при котором внутри материала нет движения зарядов..

Положительные заряды накапливаются на одном конце материала, а отрицательные заряды накапливаются на противоположном конце. Смещение зарядов к поверхности проводника создает наличие равных и противоположных электрических полей внутри проводника. Таким образом, полное внутреннее электрическое поле внутри материала равно нулю.

Физические характеристики

податливый

Электрические проводники должны быть податливыми; то есть они должны быть в состоянии деформироваться без разрушения.

Проводящие материалы обычно используются в бытовых или промышленных применениях, в которых они должны подвергаться изгибам и изгибам; для этого податливость является чрезвычайно важной особенностью

резистентный

Эти материалы должны быть устойчивы к износу, чтобы выдерживать условия механического напряжения, которому они обычно подвергаются, а также повышенные температуры из-за циркуляции тока.

Изоляционный слой

При использовании в жилых, промышленных помещениях или в качестве части взаимосвязанной системы электропитания проводники всегда должны быть покрыты подходящим изолирующим слоем..

Этот внешний слой, также известный как изолирующая оболочка, необходим для предотвращения контакта электрического тока, протекающего через проводник, с людьми или объектами вокруг него..

Типы электрических проводников

Существуют разные категории электрических проводников, и, в свою очередь, в каждую категорию входят материалы или среды с наивысшей электропроводностью.

По своему качеству лучшие электрические проводники — это твердые металлы, среди которых выделяются медь, золото, серебро, алюминий, железо и некоторые сплавы.

Однако есть другие типы материалов или растворов, которые обладают хорошими свойствами электропроводности, например графит или солевые растворы.

В зависимости от способа проведения электропроводности можно выделить три типа материалов или проводящих сред, которые подробно описаны ниже:

ссылки

  1. Электрический проводник (с.ф.). Ecured. Гавана, Куба Получено от: ecured.cu
  2. Электрические проводники (с.ф.). Получено с: aprendeelectricidad.weebly.com
  3. Лонго Дж. (2009) Электрические проводники. Восстановленный от: vivirhogar.republica.com
  4. Мартин Т. и Серрано А. (с.ф.). Проводники в электростатическом равновесии. Политехнический университет Мадрида. Испания. Получено от: montes.upm.es
  5. Перес Дж. И Гарди А. (2016). Определение электрического проводника. Получено из: definicion.de
  6. Свойства электрических проводников (с.ф.). Получено с: neetescuela.org
  7. Википедия, Свободная энциклопедия (2018). Электропроводность Получено с: en.wikipedia.org
  8. Википедия, Свободная энциклопедия (2018). Электрический проводник Получено с: en.wikipedia.org
Популярные статьи  Прибор для измерения силы

Что такое электролитическая диссоциация

Как известно, электрический ток — это направленное движение свободных электронов или ионов, т. е. заряженных частиц. В растворах электролитов, проводящих ток, за это отвечают свободные ионы.

В 1882 году шведский химик С

Аррениус при изучении свойств растворов электролитов обратил внимание, что они содержат больше частиц, чем было в сухом веществе. Например, в растворе хлорида натрия 2 моля частиц, а NaCl в сухом виде содержит лишь 1 моль

Это позволило ученому сделать вывод, что при растворении таких веществ в воде в них появляются свободные ионы. Так были заложены основы теории электролитической диссоциации (ТЭД) — в химии она стала одним из важнейших открытий.

Электролитическая диссоциация — это процесс, в ходе которого молекулы электролитов взаимодействуют с водой или другим растворителем и распадаются на ионы. Она может иметь обратимый или необратимый характер. Обратный процесс называется моляризацией.

Благодаря диссоциации растворы электролитов обретают способность проводить ток. Сванте Аррениус не смог объяснить, почему разные вещества сильно отличаются по электропроводности, но это сделал Д. И. Менделеев. Он подробно описал процесс распада электролита на ионы, который объясняется его взаимодействием с молекулами воды (или другого растворителя).

Схема электролитической диссоциации: KA ⇄ K+ (катион) + A- (анион).

Уравнение диссоциации на примере хлорида натрия: NaCl ⇄ Na+ + Cl-.

Говорите правильно
Иногда можно встретить выражение «теория электрической диссоциации», но так говорить не стоит. В этом случае можно подумать, что распад молекул на ионы обусловлен действием электротока. На самом деле процесс диссоциации не зависит от того, проходит ток в данный момент через раствор или нет. Все, что нужно — это контакт электролита с водой (растворителем).

Направление тока. Кто у нас в заряде главный?

Только так и остался один небольшой курьёз, который все знают, но никто из физиков так и не желает исправить.

Когда Кулон фокусничал со своими шариками, видели, что заряды бывают двух видов. И заряды одного вида отталкиваются друг от друга, а заряды разных притягиваются. Естественно было назвать одни из них положительными, а другие отрицательными. И предположить, что электрический ток течёт оттуда, где больше, туда, где меньше. То есть от плюса к минусу. Так оно и закрепилось в головах физиков на многие поколения.

Но обнаружить потом удалось первыми не электроны, а ионы. Это как раз те самые безутешные атомы, потерявшие свой электрон. В ядре которых имеется «лишний» протон, и потому они заряжены. Ну а как это обнаружили, так сразу и вздохнули, и сказали — вот он, заряд ты наш положительный. И за протоном так закрепилась слава положительно заряженной частицы.

А потом догадались, что атомы чаще всего бывают нейтральными потому, что электрический заряд ядра уравновешивается зарядом электронных оболочек, вращающихся вокруг ядра. То есть построили планетарную модель атома. И только тогда поняли, что атомы составляют всё (почти) вещество, его твёрдую кристаллическую решётку, или всю массу его жидкого тела. То есть протоны с нейтронами солидно сидят в ядрах атомов. А не на побегушках, как лёгкие и подвижные электроны. Следовательно, ток бежит не от плюса к минусу, а наоборот, от минуса к плюсу.

Примеры драйверов

алюминий

Он широко используется в воздушных системах электропередачи, поскольку, несмотря на то что проводимость на 35% ниже, чем у отожженной меди, его вес в три раза меньше, чем у последних..

Выходы высокого напряжения обычно закрыты внешней поверхностью из поливинилхлорида (ПВХ), что предотвращает перегрев проводника и изолирует прохождение электрического тока снаружи.

медь

Это наиболее часто используемый металл в качестве электрического проводника в промышленных и жилых помещениях, учитывая баланс между его проводимостью и ценой..

Медь может использоваться в проводниках низкого и среднего размера, с одним или несколькими проводами, в зависимости от текущей емкости проводника..

золото

Это материал, используемый в электронных сборках микропроцессоров и интегральных микросхем. Он также используется для производства аккумуляторных клемм для транспортных средств, среди других приложений.

Проводимость золота примерно на 20% меньше, чем проводимость отожженного золота. Тем не менее, это очень прочный материал и устойчивый к коррозии.

серебро

С проводимостью 6,30 х 107 S.M-1 (На 9-10% выше, чем проводимость отожженной меди), это металл с самой высокой из известных на сегодняшний день электропроводностью.

Это очень податливый и пластичный материал с твердостью, сравнимой с твердостью золота или меди. Однако его стоимость чрезвычайно высока, поэтому его использование не столь распространено в отрасли..

Металлические проводники

Эта группа состоит из твердых металлов и их сплавов.

Металлические проводники обязаны своей высокой проводимостью облакам свободных электронов, которые способствуют циркуляции электрического тока через них. Металлы отдают электроны, находящиеся на последней орбите своих атомов, не вкладывая больших количеств энергии, что делает переход электронов от одного атома к другому благоприятным.

С другой стороны, сплавы характеризуются высоким удельным сопротивлением; то есть они имеют сопротивление, пропорциональное длине и диаметру проводника.

Наиболее широко используемые сплавы в электроустановках — это латунь, медно-цинковый сплав; белая жесть, сплав железа и олова; медно-никелевые сплавы; и хромоникелевые сплавы.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: