Меню

Вещество практически не проводящее электрический ток называется

Теоретическая часть. Все вещества по способности проводить электрический ток можно подразделить на две группы: проводники и диэлектрики

date image2015-05-10
views image7436

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Все вещества по способности проводить электрический ток можно подразделить на две группы: проводники и диэлектрики. Среди проводников есть вещества, которые проводят электрический ток за счет направленного движения электронов проводники I рода. К таким веществам относятся металлы, характеризующиеся электронной проводимостью. Существуют вещества способные проводить электрический ток в растворенном или расплавленном состояниях. Эту способность обуславливают ионы, образующиеся при диссоциации данных веществ, при растворении в полярных растворителях или при плавлении при повышенных температурах. Такие вещества, растворы или расплавы которых содержат подвижные ионы, называютэлектролитами. В отличие от металлов электролиты относятся к проводникам II рода и характеризуются ионной проводимостью. К электролитам относятся кислоты, основания и соли. Это вещества с ионным или ковалентным полярным типом связи.

Неэлектролитаминазываются вещества, растворы или расплавы которых не содержат ионов, а, следовательно, не могут проводить электрический ток. Это вещества с ковалентными неполярными или малополярными химическими связями.

· некоторые газы (азот, кислород)

· некоторые твердые вещества (сера, кремний, медь)

· некоторые органические соединения (сахароза, бензин, спирт).

Сухая кристаллическая соль хлорид натрия электрический ток не проводит. Имеющиеся в кристаллической решетке хлорида натрия ионы натрия (Nа + ) и (Сl — ) сильно притягиваются друг к другу и не могут свободно перемещаться. При растворении соли в воде ионы, образующие данный электролит, под действием полярных молекул воды отрываются друг от друга и распределяются между молекулами растворителя. Происходит процесс электролитической диссоциации.

Электролитическая диссоциация процесс распада электролита в растворе с образованием положительно заряженных ионов (катионов) и отрицательно заряженных ионов (анионов).

При растворении в воде или при плавлении неэлектролитов, например, сахара происходит распад его кристаллов только на отдельные электронейтральные молекулы. При этом ионов не образуется и растворы или расплавы неэлектролитов электрический ток не проводят.

Для объяснения особенностей поведения электролитов шведским ученым С. Аррениусом в 1887 году была предложена теория, получившая название теории электролитической диссоциации. Сущность данной теории состоит в следующем:

1. Электролиты при растворении или в расплаве распадаются, диссоциируют на ионы – заряженные положительно (катионы) и заряженные отрицательно (анионы). Свойства ионов совершенно иные, чем у образовавших их атомов.

2. Под действием разности потенциалов, между электродами, погруженными в раствор электролита, ионы приобретают направленное движение, положительно заряженные ионы (катионы) движутся к отрицательно заряженному электроду (катоду), отрицательно заряженные (анионы) — к положительно заряженному электроду (аноду). Раствор электролита проводит электрический ток.

3. Диссоциация в общем случае является процессом обратимым. Это означает, что параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация), идет обратный процесс соединения ионов в молекулы (ассоциация).

Чтобы отметить эту особенность процессов электролитической диссоциации в уравнениях знак равенства заменяют знаком обратимости (D). Например, уравнение диссоциации молекул некоторого электролита (КtАn) на катион Кt + и анион Аn — записывается в виде:

Если электролит является сильным (см. далее), то преимущественно протекает процесс распада на ионы, а обратный процесс ассоциации выражен незначительно. Изображая диссоциацию таких электролитов, вместо знака обратимости ставят одну стрелку, указывающую на направление преимущественного протекание процесса.

С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты (по Аррениусу)сложные вещества, диссоциирующие на катионы водорода и анионы кислотного остатка:

Кислотные остатки (С1 — , NO3 — и др.) для различных кислот различны, но общим для всех кислот является образование в растворах иона водорода (H + ). Наличие в растворах кислот иона водорода, точнее, гидратированного иона водорода — гидроксония (H + ∙H2O или Н3O + ), обусловливает общие свойства кислот: кислый вкус, действие на индикаторы, взаимодействие с металлами с выделением водорода и др.

Основания (по Аррениусу)– сложные вещества, диссоциирующие анионы гидроксила и катионы металла (или заменяющих его групп).

Общие свойства оснований (мыльность на ощупь, соответствующее действие на индикатор, взаимодействие с кислотами и др.) определяются наличием в растворах оснований ионов гидроксила (ОН — ).

Солями называются сложные вещества, диссоциирующие на катионы металла и анионы кислотного остатка.

Для количественной оценки процесса электролитической диссоциации используется понятие степени электролитической диссоциации.

Степень электролитической диссоциации a — это отношение числа молекул, распавшихся на ионы (n), к общему числу молекул растворенного вещества(No) в растворе:

Степень диссоциации выражается в долях единицы или в процентах.

Например, если a = 30%, то это означает, что из каждых 100 молекул электролита на ионы распадается 30 молекул (a = 0, 3).

Степень электролитической диссоциации зависит от:

· природы растворяемого вещества,

Зависимость диссоциации от природы электролита определяется полярностью связей между атомами в частице электролита. Вещества с ковалентными неполярными или малополярными связями либо не диссоциируют, либо диссоциируют незначительно. Хорошо распадаются на ионы вещества с ковалентными сильно полярными или ионными связями. Следовательно, в растворах хлорида натрия (ионная связь), хлороводорода (ковалентная полярная связь) и хлора (ковалентная неполярная связь) распадаться на ионы будут NаС1 и НС1, а Сl2 будет находиться в растворе в виде молекул.

Если же в растворе оказываются молекулы сложных веществ с различным видом связи, то распад молекулы на ионы произойдет в том месте молекулы, где атомы связаны ионной или ковалентной сильно полярной связью.

Например, молекула гидрокарбоната калия КНСО3характеризуется наличием ионных (К–О) и ковалентных полярных (Н–О и С–О) связей.

К – О ОЭО (К) = 0,91

0,91 3,5 С = О ОЭО (Н) = 2,1

Н – О 2,5ОЭО (С) = 2,5

2,1 3,5ОЭО (О) = 3,5

ΔОЭО (К–О) = 3,5–0,91=2,59 связь ионная;

ΔОЭО (Н–О) = 3,5–2,1=1,4 связь ковалентная сильнополярная;

Читайте также:  Как называется явление возникновения электрического тока в замкнутом пространстве

ΔОЭО (С–О) = 3,5–2,5=1,0 связь ковалентная слабополярная.

Наибольшую величину разности относительных электроотрицательностей (ΔО.Э.О.) имеет связь К-О и, поэтому, диссоциация обусловлена разрывом этой, наиболее полярной (фактически ионной) связи:

Диссоциация этого вещества возможна и по второй ступени. Она связана с разрывом достаточно сильно полярной связи Н – О и протекает незначительно:

II cтупень: НСО3 — D Н + + СО3 2-

Разрыв малополярной связи С — О не происходит.

Важную роль в процессе диссоциации играет растворитель. Чем большей полярностью обладают молекулы растворителя, тем лучше диссоциирует в нем данный электролит, и тем больше степень диссоциации последнего. Если представить диссоциирующее вещество как систему из двух точечных зарядов, то сила взаимодействия ионов (F), на которые диссоциирует данное вещество, определяется в соответствии с законом Кулона:

Эта сила зависит не только от величины зарядов частиц (е1 и е2) и расстояния между ними ( r ), но и от природы среды, в которой взаимодействуют частицы. Природа среды характеризуется значением диэлектрической проницаемости ( e ), которая показывает, во сколько раз сила взаимодействия между зарядами в данной среде меньше, чем в вакууме.

Ниже приведены значения величин диэлектрической проницаемости некоторых растворителей при 25°С.

Аммиак жидкий e = 25,4

Этиловый спирт e = 25,2

Бензол e = 2,3

Раствор хлороводорода в бензоле (e = 2,3) практически не диссоциирует и не проводит электрический ток, в то время как в воде (e = 80) хлороводород диссоциирует хорошо и раствор проводит электрический ток.

Повышение температуры, как правило, увеличивает диссоциацию и при нагревании степень диссоциации возрастает.

При уменьшении концентрации электролита, т.е. при разбавлении раствора, степень диссоциации увеличивается. Поэтому, говоря о степени диссоциации, следует указывать концентрацию раствора.

В зависимости от величины степени электролитической диссоциации различают сильные и слабые электролиты.

По величине степени диссоциации в 0,1 н. растворах все электролиты можно подразделить:

a = 0 неэлектролиты,

a>30% электролиты сильные.

К сильным электролитам относятся:

· почти все растворимые соли (СuSО4, BaС12, KВr),

· такие неорганические кислоты, как: HCl, HBr, HI, HClO4, H2SO4, HNO3, HMnO4, HCrO4 и некоторые другие;

· растворимые в воде основания: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ba(OH)2, Sr(OH)2 (кроме гидроксида аммония NH4OH, который является слабым электролитом!)

К слабым электролитам относятся:

· почти все органические кислоты, например, стеариновая С17Н35ООН, уксусная СН3СООН;

· нерастворимые в воде соли и гидроксиды металлов, например, BaSO4, Ca3(PO4)2, Al(ОН)3, Сu(ОН)2, Fе(ОН)3.

· комплексные катионы или анионы, которые представляют из себя сложные ионы образующиеся при диссоциации в растворе, так называемых, комплексных соединений (солей, кислот и оснований), например: [Al(OH)4] — , [Cu(NH3)4] 2- и др.

· К слабым электролитам относится также вода.

Второй количественной характеристикой процесса диссоциации является константа диссоциации (Кд).

Константа диссоциации представляет собой константу равновесия процесса диссоциации слабого электролита и, в отличии от степени диссоциации, не зависит от концентрации растворенного вещества в растворе.

Значения величин констант диссоциации для ряда электролитов приведены в приложении (таблица 8).

Например, циановодородная (синильная) кислота, является слабым электролитом. Как любая кислота она диссоциирует с образованием катионов водорода и анионов кислотного остатка:

Равновесие этого процесса характеризуется соответствующей константой диссоциации.

Малая величина константы диссоциации позволяет судить о незначительном распаде кислоты на ионы и смещении равновесия процесса диссоциации влево.

Равновесие процесса диссоциации в водном растворе такого вещества, как гидроксид аммония, можно представить следующим образом:

Чем меньше величина константы диссоциации электролита, тем он слабее.

Величины констант диссоциации для ряда слабых электролитов приведены в табл.8 приложения.

Ориентируясь на значение величины константы диссоциации можно делать заключение о силе электролита.

Источник

Вещество практически не проводящее электрический ток называется

Вы познакомились с двумя видами химической связи: ковалентной — на примере соединений неметаллов друг с другом, и ионной — на примере соединений неметаллов с металлами. Но вам известны соединения более сложного состава: гидроокиси металлов, соли кислородных кислот. Каков вид химической связи в них?

В гидроокисях и солях имеются оба вида связи. Атомы элементов гидроксила и кислотных остатков связаны друг с другом ковалентными связями, а между металлами и гидроксилом или металлами и кислотными остатками связь ионная. Таким образом, кристаллы щелочей и солей кислородных кислот, подобно солям бескислородных кислот, например Na + Cl — , слагаются из ионов. Положительно заряжены в них ионы металла, а отрицательно заряжены ионы гидроксила и ионы кислотных остатков. Ионами, таким образом, могут быть не только заряженные атомы, но и заряженные группы атомов.

Заряды ионов гидроксила и ионов кислотных остатков, как и ионов металлов, численно равны их валентности: ОН — , NO3 — , SО4 2- , PО4 3- . Поэтому формулы оснований и солей кислородных кислот мы можем представлять в следующем виде: Na + (OH) — , Ca 2+ (OH) 2- Na + (NО3) — , Al2 3+ (SO4)3 2- .

Следует ожидать, что вещества с ионными связями будут и по свойствам отличаться от веществ с ковалентными связями. Это подтверждается изучением электропроводности растворов веществ с ковалентными и ионными связями с помощью прибора, изображенного на рисунке 1. Прибор представляет собой два угольных стержня, присоединенных проводами к штепселю. К одному из проводов подключена электрическая лампочка. Если вставить штепсель в розетку осветительной сети, лампочка не засветится, потому что цепь не замкнута, между стержнями имеется зазор. Но если прикоснуться . концами стержней к металлическому предмету, цепь замкнется и лампочка ярко засветится.

Рис. 1. Прибор для испытания электропроводности жидкостей
Рис. 1. Прибор для испытания электропроводности жидкостей

Погрузим концы стержней в дистиллированную воду. Лампочка не засветится, цепь останется разомкнутой. Значит, чистая вода электрического тока не проводит. Погрузим концы стержней в сухую поваренную соль. Лампочка не засветится, твердая соль тоже не проводит тока. Но, если щепотку поваренной соли растворить в дистиллированной воде и погрузить стержни в полученный раствор, лампочка ярко засветится. Раствор соли, в отличие от самой соли и воды, хорошо проводит электрический ток. Подобно поваренной соли, ведут себя другие соли, щелочи и кислоты. Взятые в отдельности вода, соли, щелочи и чистые кислоты тока не проводят. Но водные растворы кислот, щелочей и солей проводят электрический ток.

Читайте также:  Схема регулирования тока для блока питания

Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами. Соли, кислоты и щелочи — электролиты. Соли и щелочи, в отличие от кислот, проводят ток не только в растворе, но и в расплавленном состоянии.

Если подвергнем такому же исследованию растворы в воде веществ, в молекулах которых имеются лишь ковалентные неполярные или малополярные связи, например, растворы кислорода, спирта, сахара, то убедимся, что лампочка при погружении стержней прибора в такие растворы не засветится: эти растворы не проводят электрический ток.

Вещества, растворы которых не проводят электрический ток, называются неэлектролитами.

Кислород, спирт, сахар — неэлектролиты.

  1. Какие вещества называются электролитами, неэлектролитами?
  2. Вещества каких классов относятся к электролитам?
  3. Какие из перечисленных веществ и смесей электропроводны: а) сжиженный хлористый водород, б) раствор хлористого водорода, в) расплавленный едкий натр, г) раствор иодида калия?
  4. С помощью прибора, изображенного на рисунке 1, испытайте, проводит ли ток: а) дистиллированная вода, б) водопроводная или колодезная вода, в) дождевая вода. Чем объясняется электропроводность одной из исследуемых вод?
  5. Воспользовавшись прибором для обнаружения электропроводности растворов, найдите способ обнаружения растворимых солей в почве, взятой с пришкольного участка или из цветочного горшка.
  6. Из каких ионов слагаются кристаллы: а) сульфата калия, б) сульфата алюминия, в) гидроокиси кальция? Одинакова ли сумма зарядов положительных и отрицательных ионов в каждом случае?

Источник

Непроводники электричества — определение и примеры использования

Общие сведения

Любой объект, который существует в природе, как живой, так и неживой, называют физическим телом. Состоит оно из вещества, которое образовывается из элементарных частиц, обладающих физическими и химическими свойствами. Определяются они количеством молекул, которые формируются с помощью связанных между собой атомов. В свою очередь, они состоят из элементарных частиц — нейтронов и протонов. Вокруг них на определённом расстоянии по орбитали вращаются электроны. Они являются носителями единичного электрического заряда.

Учёные условно приняли, что электроны обладают отрицательным зарядом, а протоны — положительным. При этом в любой оболочке, ядре, количество минусовых и плюсовых частиц одинаковое. Поэтому атом является электрически нейтральным. Для того чтобы это состояние изменилось необходимо к телу приложить внешнее воздействие. В результате атом может потерять или, наоборот, присоединить несколько электронов, то есть превратиться в ион. Такое явление характерно для жидкостей, вступающих в различные реакции.

Несвязанные с атомами электроны называют свободными. Любая отрицательная частица, получившая энергию извне, может разорвать связь и вырваться за пределы ядра. Например, при поглощении фотона света или радиоактивном распаде. Число свободных электронов в различных материалах отличается. Вот именно по их количеству и было решено учёным советом разделять все вещества на два больших класса:

  • проводники;
  • диэлектрики.

Как пример в качестве хорошего проводника можно привести — медь, а непроводника — стекло. Это разделение позволило показать, какие тела могут участвовать в возникновении электрического тока, а какие нет. Количественной характеристикой явления является электропроводность — способность физического вещества проводить ток. Ведь последний образовывается при упорядоченном движении свободных носителей зарядов. Чем их больше в объекте, тем сильнее возникает сила переноса.

Следует отметить, что, если на тело не действует внешняя сила, перемещение несвязанных электронов происходит хаотично. При этом частицы сталкиваются с атомами, дефектами кристаллической решётки, отдают и получают энергию. Но ток не появляется, так как энергия системы находится в равновесном состоянии.

Исследование диэлектриков

Вещества, которые не обладают электропроводностью, называются диэлектриками или непроводниками электрического тока. Молекулы такого тела нейтральные, в них количество положительных и отрицательных зарядов одинаковое. Но, несмотря на это частицы тела всё равно обладают электрическими свойствами. В общем виде связанные атомы можно рассматривать как диполь, обладающий моментом: P = q * l, где q — общий заряд всех частиц в диэлектрике, l — расстояние между центрами частиц.

При повороте диполей происходит деформирование связей, создаются индуцированные моменты. Если к непроводнику не приложено внешнее поле, то из-за беспорядочного движения они ориентированы хаотично. Поэтому их сумма равна нулю. Если же диэлектрик внести в электромагнитное поле, то возникнет поляризация. В любом элементарном объёме будет существовать дипольный момент отличный от нуля.

Существует несколько видов поляризации, вот основные из них:

  1. Ориентационная. Приложенное поле стремится развернуть диполи вдоль своего направления. Этому мешает тепловое движение. В результате возникает преимущественная ориентация по направлению линий электромагнитной индукции. Она зависит от значения электродвижущей силы и температуры.
  2. Электронная. Другое её название — деформационная. При этом типе возникают индуцированные диполи. Тепловые колебания не оказывают влияние на поляризацию. Этот вид характерен для поликристаллической керамики, перовскита CaTiO3.
  3. Ионная. Может существовать только в плотных диэлектриках, структура которых обусловлена кристаллической решёткой. При этом происходит разделение положительных и отрицательных ионов по примеру проводников. Причём первые смещаются вдоль направления электрического поля.

Таким образом, любой материал, по сути, может проводить электрический ток. Но в диэлектриках его сила настолько мала, что им пренебрегают. При этом для его появления нужно приложить напряжение большой силы.

Электрические свойства диэлектрического материала характеризуются диэлектрической проницаемостью среды. Её физический смысл заключается в показывании во сколько раз электростатическое поле внутри непроводника меньше, чем в вакууме: E = E0 / Eв. Например, для полиэтилена E = 2,3; стекла — 10; воды — 81; воздуха — 1,00057. Что интересно, диэлектрическая проницаемость может обладать дисперсией.

Читайте также:  Рассчитать величину тока в кремниевом переходе при внешнем напряжении

Опыт с электроскопом

Простейшим прибором для обнаружения электрического заряда является электроскоп. Своё название устройство получило от греческого слова skopeo — наблюдать. Первый прибор был создан физиком Уильямом Гильбертом в 1600 году. Его принцип действия основан на способности разноимённых зарядов притягиваться, а одноимённых — отталкиваться. Простейший электроскоп состоит из металлического стержня, на конце которого закреплён проводящий электричество шар. С обратной стороны через скобу прикреплены два лепестка из тонкой бумаги. Стержень установлен в прозрачный сосуд.

Для проведения опыта понадобится выполнить следующее:

  1. Диэлектрик, например, эбонитовую палочку, поднести к шару на расстояние 3−5 миллиметров от его поверхности. При этом можно будет наблюдать, как лепесточки разойдутся на определённый угол. Произойдёт это из-за того, что возникнет электрическое поле, которое разъединит по знакам носители заряда. В результате на лепестки перейдут одноимённые частицы, что и заставит их отталкиваться друг от друга. Если палочку отвести произойдёт выравнивание, заряды равномерно распределятся, и устройство придёт в первоначальное состояние.
  2. Этот опыт можно повторить с другим диэлектриком, например, стеклянной палочкой. Если её поднести к шару, то на нём будут собираться электроны, а на лепестках соберётся положительный заряд. Как только палочка будет убрана, разделение зарядов пропадёт.
  3. Теперь диэлектриком можно коснуться шара. Лепестки разойдутся на определённый угол. После того как непроводник будет убран, заряд на шаре останется. Разрядить устройство, возможно, просто коснувшись шара рукой.

Эти эксперименты показывают, что любой материал обладает электрическим зарядом. Но несмотря на это диэлектрик является изолятором, то есть не пропускает через свою структуру электрический ток. В то же время если он начинает проходить, то в этом случае говорят о пробое. Зависит параметр от величины напряжения и толщины электроизоляционного материала.

Существует разновидность электроскопа — электрометр. В нём вместо лепестков используется стрелка и проградуированная шкала. Поэтому с его помощью можно не только обнаружить заряд, но и определить его количественное значение.

Примеры непроводников

Из определения диэлектрика следует, что это тело, которое препятствует прохождению через себя электроэнергии. Даже с греческого dia electric переводится как «материал, плохо проводящий ток». Вот почему его можно просто назвать изолятором. Из наиболее ярких представителей непроводников можно перечислить следующие:

  • эбонит;
  • стекло;
  • пластмассы;
  • неупорядоченные полимеры;
  • янтарь;
  • керамика;
  • резина;
  • капрон;
  • шёлк;
  • ситаллы;
  • смола;
  • воздух;
  • дерево.

Существуют и так называемые экзотические диэлектрики. Они обладают свойствами, делающими их использование нетривиальным. Например, электреты. Это непроводники, у которых поляризация существует и при отсутствии внешнего поля. По сути, они аналоги постоянного магнита. Если проводник при электромагнитном воздействии намагничивается, то обычный диэлектрик поляризуется. Электрет же находится в таком состоянии постоянно. А это значит, что вещество вокруг себя создаёт электрическое поле. Это свойство используют в микрофонах, генераторах, электрометрах.

Ещё одним видом интересного непроводника является сегнетоэлектрик. Это диэлектрик, у которого диэлектрическая проницаемость аномально высокая: E > 10 3 . Правда, этот параметр у такого типа веществ сильно зависит от напряжённости поляризующего поля и температуры. Его граничное значение, при котором пропадают свойства сегнетоэлектриков, называют температурой Кюри. К ярким представителям этого класса можно отнести: сегнетовую соль (KnaC4H4O6 * 4H2O), титанат бария (BaTiO3).

В природе бывают также и диэлектрики, у которых поляризация появляется без всякого воздействия внешнего механического поля при механической деформации.

К ним относится: сегнетовая соль, титанат бария, кварц. Если по кристаллу таких диэлектриков просто ударить, то на гранях вещества появятся электрические заряды. В результате можно будет даже получить искру. Это свойство используется в устройствах автоматического поджига, например, газовых горелках, зажигалках.

Стоит отметить и изоляторы Мота. Это вещества с кристаллической решёткой, которые вопреки теории физики проводников являются изоляторами. Эффект возможен из-за того, что сила межэлектродного взаимодействия намного больше энергии зарядов. Такими свойствами обладают многие редкоземельные металлы, например купрат.

Источник



и з о л я т о р

• вещество, не проводящее электрический ток (диэлектрик)

• вещество, плохо проводящее тепло

• обособленное помещение для временного содержания больных

• особое помещение для больных лиц

• отдельное помещение для временного содержания больных с нераспознанным или инфекционным заболеванием

• отдельное помещение для задержанных по подозрению в совершении преступления

• электротехническое устройство для изоляции частей электрооборудования

• вещество, не проводящее электрический ток

• закрытый бокс в больнице

• вещество с очень большим удельным электрическим сопротивлением (диэлектрик)

• в радиотехнике — отрезок короткозамкнутой 2-проводной или коаксиальной линии, обладающей на данной частоте большим электрическим сопротивлением

• особое помещение в больнице

• вещество, плохо проводящее электрический ток

• комната для буйных

• фарфоровый ролик по функции

• помещение для больных

• бокс в больнице

• керамический цилиндр для крепления электропроводов

• то же, что диэлектрик

• помещение для инфекционных больных

• крепление для электрических проводов

• карцер как камера

• на них раньше крепили проводку

• помещение в диспансере

• полимер на жилах кабеля

• вещество не проводящее ток

• к ним крепят провода на ЛЭП

• к ним на столбах крепят провода

• фарфор на столбе

• не проводник для электротока

• к ним крепят провода на опорах ЛЭП

• Вещество, не проводящее электрический ток

• Обособленное помещение для временного содержания больных

• Особое помещение для больных, нуждающихся в изоляции

Источник