液體導電

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簡介

電是電子在導體中從一點到另一點的運動。導電發生在固體、液體和氣體三種物質狀態中。液體中導電的機制與固體中不同。我們將嘗試透過研究純水的例子來理解液體中的導電性。

液體是如何導電的？

純水是不良導體。那麼它如何導電呢？我們必須在純水中加入鹽才能導電。

讓我們以純水中氯化鈉鹽為例。氯化鈉斷裂其鍵並溶解在水中。氯化鈉在透過電流後分離成鈉離子$\mathrm{(Na^+)}$和氯離子$\mathrm{(Cl^-)}$。鈉離子是帶正電的離子。它被稱為陽離子。氯離子是帶負電的離子。它被稱為陰離子。

這些離子攜帶電流。在下圖中，我們可以看到鈉離子已向帶負電的電極即陰極移動，而氯離子已向帶正電的電極即陽極移動。鈉離子從陰極獲得電子。形成了鈉原子。氯離子向陽極捐獻電子並形成氯氣。鈉原子和氯氣是穩定的。兩種離子都沉積到電極中。液體中的導電是透過此過程完成的。此過程也稱為電解。

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水的電解

電解是一個透過電流使物質發生化學變化的過程。它涉及由於電流而將水分子$\mathrm{(H_2O)}$分解成氫氣和氧氣。本實驗採用純水。正如我們所見，純水不導電，因此需要向其中新增鹽。鉑電極浸入水中。電流透過整個溶液。

水被分解成氫離子$\mathrm{(H^+)}$和氫氧根離子$\mathrm{(OH^-)}$。

$$\mathrm{H_2O=2H^++OH^-}$$

氫離子向陰極移動，氫氧根離子向陽極移動。

陰極上的還原反應

氫離子向陰極移動。它們從陰極獲得電子並將其轉化為穩定的氫氣。

$$\mathrm{H_2O=2H^++OH^-}$$

$$\mathrm{2H^+(aq)+2e^-\rightarrow H_2(g)}$$

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陽極上的氧化反應

氫氧根離子向陽極移動。它們將多餘的電子損失給電極並將其轉化為穩定的氧氣。

$$\mathrm{4H_2O\rightarrow 4OH^-(aq)+4H^+}$$

$$\mathrm{4OH^-(aq)\rightarrow O_2(g)+2H_2O(I)+4e}$$

在水的電解過程中，每兩個氫分子產生一個氧分子。氫和氧分子的比率為 2:1。電解主要用於從其礦石中提取金屬。

電鍍

它是透過電流將一種金屬鍍到另一種金屬上的過程。它主要用於防止金屬腐蝕。

陰極和陽極

電鍍在電解池中進行。外部對其施加電流。陰極是連線到電池正極的電極。陽極也是連線到電池負極的電極。要電鍍的材料放置為陰極。要進行電鍍的金屬放置為陽極。金屬鹽溶液用於沉積。

鍍銀

要鍍覆的材料充當陰極。銀塊充當陽極，硝酸銀溶液充當電解質。在電流透過電解質溶液後，銀離子沉積在陰極上。雜質沉積在陽極上。

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電鍍的應用

• 電鍍技術用於珠寶設計。廉價金屬鍍上金和銀以使其更具吸引力。這些鍍金或鍍銀飾品比真正的金銀飾品便宜。

• 鐵用於建造橋樑。它也用於汽車以提供強度。但由於空氣中存在水分，鐵可能會生鏽，因此需要鍍鋅。

• 鉻金屬的外觀光亮。廚房燃氣灶、汽車零件、輪輞、腳踏車車把、水龍頭等都進行鍍鉻處理。

• 電鍍也用於導電。積體電路放置在手機和電腦中。金和銀是良好的導體。但由於其價格昂貴，因此無法放置在電腦和手機的積體電路中。因此，在較便宜的金屬上塗覆銀和金。它有助於導電。

• 電鍍技術還用於塗覆用於儲存食物的罐頭。罐頭由鐵製成。鐵鍍錫是因為錫的反應性低於鐵。食物不會直接接觸鐵，從而防止食物變質。

關於電解和電鍍的事實

• 術語“電解”由邁克爾·法拉第創造。

• 電解用於清潔硬幣和其他金屬。

• 電解用於獲得鎂、鈣、氯、鋁、氯酸鈉、氯酸鉀等物質。

• 電鍍是由義大利化學家路易吉·布魯尼亞特利於 1805 年發明的。這項技術已有 200 多年的歷史。

• 電鍍是金屬鍍覆最常見的技術，因為它可以控制鍍覆的厚度。

• 在廚房裡，我們使用不鏽鋼餐具。它們透過電鍍鍍銅。

結論

液體中的導電主要發生在電解和電鍍中。電鍍過程在珠寶製造中起著重要作用。電解是金屬純化的重要過程。這些技術需要大量的電能。電鍍和電解產生的廢物的管理很困難。儘管這些技術有一些缺點，但由於其優點，它仍然在商業上使用。

常見問題

Q1. 定義電解。

答：它是在電解質中由於電流透過而產生化學變化的過程。

Q2. 定義電鍍。

答：它是在電解質溶液中透過電流將一種金屬鍍到另一種金屬上的過程。

Q3. 準備一份你周圍電鍍的物品清單。

答：鍍金：金鍍在銀飾品上。它們被稱為鍍金飾品。

鍍鋅：鐵用於建築。它鍍鋅以避免生鏽和腐蝕。

Q4. 什麼是離子化合物？

答：在水中完全解離的化合物稱為離子化合物。

Q5. 什麼是離子？

答：原子透過獲得或失去電子而形成電荷稱為離子。