§ 69. Элементарный электрический заряд.

Из формулы (66.2), объединяющей оба закона Фарадея, следует, что если заряд  численно равен постоянной Фарадея , то масса  равна , т. е. при прохождении через электролит заряда, равного 96 484 Кл, выделяется  [кг] любого вещества, т. е.  моля этого вещества. Иначе говоря, для выделения одного моля вещества через электролит должен протечь заряд , численно равный  [Кл]. Таким образом, при выделении моля одновалентного вещества (1,008 г водорода, 22,99 г натрия, 107,87 г серебра и т. д.) через электролит проходит заряд, численно равный  Кл; при выделении моля двухвалентного вещества (16,00 г кислорода, 65,38 г цинка, 63,55 г меди и т. д.) через электролит проходит заряд, численно равный  Кл, и т. д.

Но мы знаем, что в одном моле любого вещества содержится одно и то же число атомов, равное постоянной Авогадро  моль-1. Таким образом, каждый, ион одновалентного вещества, выделяющийся на электроде, несет на себе заряд

 Кл. (69.1)

При выделении каждого атома двухвалентного вещества через электролит проходит заряд  Кл, вдвое больший, и т. д. Вообще при выделении каждого атома -валентного вещества через электролит переносится заряд  [Кл].

Мы видим, что заряды, переносимые при электролизе с каждым ионом, представляют собой целые кратные некоторого минимального количества электричества, равного  Кл. Любой одновалентный ион (ион калия, серебра и т. д.) переносит один такой заряд. Любой двухвалентный ион (ион цинка, ртути и т. д.) переносит два таких заряда. Никогда не встречаются при электролизе случаи, когда бы с ионом переносился заряд, содержащий дробную часть от  Кл. Немецкий физик и физиолог Герман Гельмгольц (1821-1894), обративший внимание на это следствие из закона Фарадея, сделал отсюда заключение, что указанное количество электричества  Кл представляет собой наименьшее количество электричества, существующее в природе; этот минимальный заряд получил название элементарного заряда. Одновалентные анионы (ионы хлора, йода и т. д.) несут на себе один отрицательный элементарный заряд, одновалентные катионы (ионы водорода, натрия, калия, серебра и т. д.) – один положительный элементарный заряд, двухвалентные анионы – два отрицательных элементарных заряда, двухвалентные катионы – два положительных элементарных заряда и т. д.

Таким образом, в явлениях электролиза исследователи впервые столкнулись с проявлениями дискретной (прерывистой) природы электричества (§ 5) и сумели определить элементарный электрический заряд. Позже были обнаружены и другие явления, в которых проявляется дискретная природа электричества, и были найдены другие способы измерения элементарного отрицательного заряда – заряда электрона. Все эти измерения дали для заряда электрона то же значение, какое мы получили только что из закона Фарадея. Это является лучшим подтверждением правильности того ионного механизма прохождения тока через электролиты, который мы обрисовали в предыдущем параграфе.

Ионы принято обозначать знаками «+» или «-» около соответствующих формул (обычно справа вверху). Число знаков «+» или «-» равно валентности иона (например, ионы меди бывают  или , ионы хлора – только , и т. д.).