21-1 Kladné a záporné ióny
21-1 Kladné a záporné ióny; 21-2
Faradayove zákony; 21-3 Vedenie elektrického prúdu v plynoch; 21-4 Vzťah
medzi hmotnosťou a nábojom elektrónu; 21-5 Elektrický náboj a hmotnosť
elektrónu; 21-6 Thomsonov model atómu ; 21-7 Rutherfordov model atómu;
21-8 Elektrická vodivosť v pevných látkach; 21-9 Polovodiče; 21-10
Termická emisia; 21-11 Kryštalické usmerňovače prúdu; 21-12 Tranzistory;
21-1 Solárne panely a rádioaktívne zdroje prúdu;
21-1 Kladné a záporné ióny
Čistá, destilovaná voda vedie veľmi zle elektrický prúd. Pokiaľ však vo vode rozpustíme malé množstvo kyseliny, lúhu alebo soli, jej elektrické vodivostné vlastnosti sa znateľne zlepšia. Oproti vedeniu elektrického prúdu kovmi, pri vedení elektrického prúdu vodnými roztokmi sa vždy jedná o nejaké chemické zmeny, a ich priebeh závisí od toho, že aké látky sme rozpustili vo vode. Napríklad, ak elektrický prúd vedieme slabým roztokom kyseliny dusičnej (HNO3), na oboch elektródach vznikajú malé bublinky plynu, ktoré vystúpia na hladinu kvapaliny. Tieto plyny môžeme pozbierať v nádobách nad elektródami, ktoré sme pôvodne naplnili vodou (obr. 21.1). Skúmaním týchto plynov zistíme, že pri zápornej elektróde sa vylučoval vodík. A skutočne, ak otvoríme ventil na hornom konci nádoby, plyn vylúčený na zápornej elektróde je možné zapáliť: vypúšťaný vodík, pri horení vstupuje do reakcie s kyslíkom, a produkuje vodné pary. V nádobe nad kladnou elektródou sa nazbiera kyslík; ak otvoríme horný ventil tejto nádoby, rozžeravená zápalka vzbĺkne v plyne unikajúcom z nádoby nad kladnou elektródou – spôsobuje to nadmerné množstvo čistého kyslíku1, ktoré prúdi z nádoby.
Prúd prechádzajúci cez roztok rozdelil molekuly vody na jeho dve zložky, na vodík a kyslík. Ako toto rozdelenie prebieha, a prečo je potrebná prítomnosť prídavnej rozpustnej látky vo vode? Molekula vody H2O je pomerne silne zviazaná štruktúra, a javí len malú ochotu, aby sa rozdelila na ióny. Pri izbovej teplote z 107 molekúl vody sa rozštiepi jediná molekula na ióny H+ a OH−. Pokiaľ v elektrickom poli putuje len tak malý podiel iónov, oprávnene hovoríme o destilovanej vode, že je izolant. Molekuly kyseliny dusičnej (rovnako ako molekuly solí a hydroxidov) sa vo vode veľmi ľahko rozštiepia na ióny H+ a NO−3. Vzniká tak veľké množstvo nabitých častíc, iónov a ich putovanie medzi anódou a katódou, za prítomnosti elektrického poľa, dáva významný elektrický prúd.
Ak na katódu (−) a anódu (+) pripojíme elektrické napätie, kladné ióny (katióny) H+ priťahuje záporná elektróda (katóda), a záporné ióny (anióny) NO−3 priťahuje kladná elektróda (anóda).2 Pohyb spôsobený týmto priťahovaním vo vodnom roztoku má za následok tok elektrického prúdu; v čistej destilovanej vode by taký tok nenastal. Putujúce ióny H+ a NO−3 dorazia k príslušným elektródam, odovzdajú svoj elektrický náboj kovu. Vodík sa neutralizuje prevzatím elektrónu z kovu (katódy), a v podobe bublinky vypláva na povrch kvapaliny. NO3 sa stáva elektricky neutrálnym odovzdaním jedného elektrónu elektróde (anóde), a už elektricky neutrálna molekula vstúpi do nasledujúcej chemickej reakcie s vodou
| 2NO3+H2O→2HNO3+O, |
čím sa uvoľní kyslík a pôvodná molekula kyseliny dusičnej sa zregeneruje. (Prebiehajú aj druhotné chemické reakcie, ktoré produkujú oxidy dusíka, tieto zložitejšie detaily však prenecháme chemikom.) Prechod elektrického prúdu vodou spôsobuje teda nie menej, než to, že molekuly vody sa rozdelia na svoje zložky, na vodík a kyslík.
Ak namiesto kyseliny dusičnej použijeme nejakú soľ
(v ktorej vodík danej kyseliny je nahradený kovom), potom
na povrchu zápornej elektródy sa zo soli vylúči
príslušný kov. Pokiaľ, napríklad, elektrický
prúd prechádza roztokom dusičnanu strieborného
(AgNO3)
(obr. 21.1b), spozorujeme po určitej dobe, že katóda je
potiahnutá tenkou vrstvou striebra. Týmto spôsobom je
možné povrch predmetov potiahnuť tenkou vrstvou iných
kovov.