Майер В. В.

‍,

Шафир Р.-Э. Е.

С какой скоростью движутся ионыМайер В. В., Шафир Р.-Э. Е. С какой скоростью движутся ионы // Квант. — 1973. — № 4. — С. 42.‍‍

Чтобы ответить на вопрос, с какой скоростью движутся ионы, можно поставить опыт, в котором непосредственно видно движение носителей заряда. Простой прибор для проведения подобного опыта был предложен в 1948 году С. А. Арцыбышевым и И. А. Бильдзюкевичем.

На стеклянную пластинку (1) размером $50\times60$‍‍ мм положите вырезанную из плотной бумаги рамку (2) с окном размером примерно $25\times40$‍‍ мм (см. рисунок). На рамку параллельно друг другу на расстоянии около 15 мм наложите два алюминиевых электрода (3) размером $25\times40$‍‍ мм. Электроды прижмите пружинящими контактами (4). Между электродами поместите несколько капель водного раствора поваренной соли и наложите на бумажную рамку стеклянную полоску (5) так, чтобы получился тонкий слой электролита. Пластинка должна быть такой ширины, чтобы между её краем и катодом оставался промежуток примерно в 1 мм.

Если теперь подать на электроды напряжение, то через раствор электролита NaCl пойдёт ток. При этом ионы $\text{Na}^+$‍‍ и $\text{Cl}^-$‍‍ будут перемещаться в растворе, но наблюдать их движение мы не можем. Поэтому нужно поступить так.

Разведите в пробирке с водой марганцевокислый калий так, чтобы жидкость получилась тёмно-красной. Наберите раствор пипеткой, а затем осторожно поместите 1‍—‍2 капли между стеклянной пластинкой и катодом.

Подайте на электроды постоянное напряжение порядка 20 В. Такое напряжение нетрудно получить, например, соединив последовательно несколько батареек карманного фонаря или батарей типа «Крона». Знак «минус» батареи нужно подсоединить к тому электроду, вблизи которого находится раствор $\text{KMnO}_4$‍.‍

После включения батареи ионы $\text{MnO}^-_4$‍‍ начинают перемещаться от катода к аноду. Как только граница ионного облачка сместится на 2‍—‍4 мм, выключите напряжение и пипеткой аккуратно введите в промежуток между катодом и стеклянной пластинкой раствор поваренной соли.

Так мы получим полоску раствора марганцевокислого калия, за движением которой можно наблюдать.

Теперь при включении напряжения видно, как в пространстве между электродами перемещается окрашенная полоска, состоящая, очевидно, из ионов $\text{MnO}^-_4$‍.‍ Вы можете передвинуть эту полоску от одного электрода до другого, а поменяв полярность, вернуть обратно.

Опыт получится удачным, если экспериментально правильно подобрать концентрацию раствора поваренной соли в воде. Концентрация должна быть такой, чтобы не происходило заметного электролиза (на электродах не должны выделяться пузырьки газа).

Скорость передвижения окрашенной полоски ионов меняется в зависимости от условий опыта. На неё влияет и концентрация раствора, и напряжение, подаваемое на электроды, и многие другие причины. Попробуйте, немного изменяя условия опыта, установить, с какой же скоростью могут двигаться ионы.