我正在學習原電池,但在理解為什麼電子不通過電解質溶液本身而不是通過金屬遷移時遇到了一個問題。電子可以通過電解質溶液傳播嗎?
想像一個原電池,沒有兩個電極之間的佈線,而是只有鹽橋。電子(儘管非常不利於發生)會不會通過鹽橋和溶液傳播?換句話說,電極會發生轉變嗎?
我正在學習原電池,但在理解為什麼電子不通過電解質溶液本身而不是通過金屬遷移時遇到了一個問題。電子可以通過電解質溶液傳播嗎?
想像一個原電池,沒有兩個電極之間的佈線,而是只有鹽橋。電子(儘管非常不利於發生)會不會通過鹽橋和溶液傳播?換句話說,電極會發生轉變嗎?
不在水中。水中的自由電子確實是不利的,因此不能化學地產生大量的自由電子,並且它幾乎立即將水本身還原為氫(但是我聽說有傳言說,在非常短的半衰期的非常特殊的實驗中,水中會生成溶劑化的電子)
但是,在液體$ \ ce {NH_3} $中,會發生溶劑化電子,因此帶有$ \ ce {NH_3} $基電解質的原電池的自放電可能會通過電子通過電解質的傳播而發生。
您在質疑由大多數原電池圖紙引起的直觀斷開,這些圖紙似乎假定鹽橋中的電解質溶液不導電,因此讓我們進行研究。
想像一下Zn / Cu $ ^ {2 +} $ span>電池,電極在3.5%NaCl溶液中,相隔5厘米,帶管(1 cm 橫截面)作為平衡電荷的鹽橋。
電阻(R = $ \ rho $ span> l / A)的氯化鈉0.05 mx 1 cm $ ^ 2 $ span>鹽橋溶液為:
$$ \ frac {0.2 \ ohms * m} {} * \ frac {0.05 \ * m \(長度)} {10 ^ {-4} m ^ 2 \(橫截面\面積)} = 100 \ ohms $$ span>
考慮到此電池的1.1 EMF的預期EMF,即預期電流( $ I = V / R $ span>)通過鹽橋是: $ 1.1V / 100 \歐姆\ = 0.011 \安培$ s pan>
與通過某些電線或低電阻負載的電流相比,在原電池中該電流可以忽略不計。但是,這會使電池變得最糟糕,因為如果普通的AA電池(3000 mAh)以這種速度洩漏,會在不到2週的時間內完全耗盡!
這似乎是您的直覺基本上是正確的...直到您了解模型遺漏了什麼。在實際的鹼性電池設計中,陰極,電解質和陽極以非常大的表面積非常緊密地夾在中間,從而通過電解質產生出色的導電性(因此電阻非常低)。但是,這些層被一層允許離子通過但對電流具有很高電阻的膜隔開。
資料來源: https://www.thoughtco.com/table-of-electrical -resistivity-conductivity-608499(耐海水性) https://en.wikipedia.org/wiki/Alkaline_battery(鹼性電池設計)
電子無法在水性狀態下生存。作為帶電的亞原子粒子,電子必須保持靠近位於原子中心的質子。因此,電子可以從一個原子移動到另一個緊密堆積的原子,這就是我們在固體中所擁有的。
電子可以穿過電解質溶液,但是電子沿著電阻最低的路徑傳播,與外部電路相比,該溶液具有相對較高的電阻。因此,電子採用了外部電路的路徑。
也許只是將其想像為電子在構成溶液中離子的相對巨大且可移動的原子上穿過電解質的過程。如果您真的想強迫這些電子自行通過電解質行進,則必須大幅度提高電壓。將需要數千伏特的電壓才能為電子提供足夠的能量,使其穿過電解質(即介電擊穿)。
另一種使電流流過電解質的方法,儘管仍然沒有電子流過,但是在電池上施加交流電流。在足夠高的頻率下(通常在kHz範圍內),電流可以通過每個電極上的電容短路。通常,這就是在液體上進行電導率測量的方式。