На рисунке 9 электроды аккумулятора были соеди­нены, или, как говорят, замкнуты металлами — медными проводами и вольфрамовой спиральной проволочкой элек­трической лампочки. Присоединим провода, идущие от аккумулятора, к двум металлическим или угольным пла­стинам, опущенным в воду. В цепь включим ампер­метр—прибор, показывающий ток. Его стрелка будет стоять на нуле. Цепь разорвана, так как между пласти­нами находится изолятор — вода.

Так будет, если в сосуд, куда погружены пластины, налита химически чистая, то-есть не содержащая раство­рённых примесей вода. Но стоит прибавить к ней не­сколько капель соляной кислоты или щепотку соли, как стрелка амперметра отклонится. В цепи пойдёт ток. Вода, в которой растворена кислота, соль или щёлочь, уже не изолятор, а проводник.

Однако это совсем иной проводник, нежели металлы. В растворах движутся не электроны, а ионы.

Мы уже знаем, что молекула соляной кислоты со­стоит из двух ионов — водорода и хлора, связанных си­лой электрического притяжения. При растворении моле­кулы воды разрывают молекулу соляной кислоты на со­ставляющие её ионы. Таким образом, в водном растворе соляной кислоты появляются положительные ионы водо­рода и отрицательные ионы хлора.

Такой распад молекул на ионы при растворении на­зывается электролитической диссоциацией.

В чистой воде нет свободных зарядов. Поэтому элек­трическое поле не вызывает в ней тока. Но в воде, где растворена соляная кислота, находятся ничем не связан­ные ионы водорода и хлора. Под действием поля они при­ходят в движение. При этом отрицательные ионы хлора устремляются к положительно заряженной пластине — аноду, а положительные ионы водорода поле гонит к ка­тоду. В растворе возникает упорядоченное движение за­рядов — электрический ток.

Однако ток в растворе не похож на ток в металле. Вместо лёгких электронов здесь движутся в тысячи и де­сятки тысяч раз более тяжёлые ионы. Не один, а два потока зарядов образуют ток: поток положительных ио­нов, идущих к катоду, и поток отрицательных ионов, иду­щих к аноду.

Подходя к катоду, ионы водорода забирают у него недостающие им электроны и превращаются в атомы во­дорода. Ионы хлора отдают аноду свои лишние электроны и превращаются в атомы хлора.

В результате электроны, приходящие на катод из гене­ратора электрического тока, уходят в раствор, а на анод выделяются электроны из раствора. В цепи идёт ток.

Таким образом, ионы как бы «перевозят» электроны через раствор, где электроны не могут двигаться самостоя­тельно. Правда, на аноде «высаживается» совсем не тот «пассажир», который «сел на ион» с катода. Но пасса­жиры эти все одинаковы. Сколько электронов приходит в секунду на катод от генератора, столько же уходит с анода обратно в генератор. Так поддерживается в цепи постоянный ток.

Образующиеся на катоде атомы водорода соединяются в молекулы водорода. Из молекул образуются пузырьки водорода, всплывающие и улетающие из раствора. Точно так же на аноде выделяется газ — хлор. Таким образом, в результате прохождения гока через раствор в растворе происходят химические процессы. Соляная кислота, кото­рую мы растворили в воде, превращается в два газа — водород и хлор.

Электрический ток в растворах всег­да сопровождается химическими пре­вращениями. Здесь вместе с зарядами переме­щаются и ионы растворённых веществ. Под действием электрического поля ионы, на которые распадаются мо­лекулы, уходят: одни — к катоду, другие — к аноду. По­этому вещества, входившие в состав молекул, разде­ляются полем и выделяются на различных электродах.

Тот же механизм прохождения тока можно наглядно показать на опыте, где носителем электрических зарядов служат не ионы, а хорошо видимые глазом частицы.

К двум металлическим цилиндрам, заключённым один в другой (рис. 10), подведены провода от аккумуляторной

Батареи; в пространстве между цилиндрами создано электрическое поле. Но тока в цепи нет, так как, подобно чистой воде, воздух, находящийся между цилиндрами, — изолятор; в нём нет свободных зарядов.

Начнём теперь вдувать в пространство между цилинд­рами смесь пшеничной муки и порошка серы. Крупинки муки вследствие трения о металл заряжаются положи­тельно, а крупинки серы — отрицательно. Попадая в поле, они ведут себя так же, как ионы в растворе. Крупинки муки притягиваются к катоду и забирают с него элек­троны. Крупинки серы идут к аноду и отдают ему элек­троны. Таким образом, электроны уходят с катода и по­являются на аноде. Амперметр показывает, что в цепи идёт ток.

Раскроем установку. Внутренний цилиндр, служив­ший катодом, оказывается покрытым слоем муки. На внутренней поверхности внешнего цилиндра (анода) ле­жит слой серы. Ток разделил смесь муки и серы подобно тому, как он разделяет вещества в растворах.

Ионы могут перемещаться не только в растворах, но и в расплавах, а также в твёрдых телах. Однако движе­ние ионов в твёрдом теле очень затруднено; заметные ионные токи возникают лишь при высоких температурах.

Выше мы говорили об электронах в твёрдых телах, от­рывающихся от атомов благодаря тепловому движению. Такие тела являются электронными полупро­водниками. По той же причине в некоторых твёр­дых телах при высокой температуре отрываются от своих мест и ионы. Такие тела являются ионными полу­проводниками. Обыкновенная каменная соль — ти­пичный ионный полупроводник. Большинство твёрдых по­лупроводников имеет смешанную проводимость — и элек­тронную и ионную.

Возьмём платиновую чашку, в которой находится иодистое серебро. Йодистое серебро было залито в чашку в расплавленном состоянии, а затем при охлаждении закристаллизовалось. Ещё до того, как оно затвердело, в него была опущена серебряная игла.

Подведём теперь к игле и к чашке провода от батареи. Амперметр покажет, что через кристаллическое иодистое серебро идёт ток. При этом игла служит анодом, а пла­тиновая чашка — катодом.

Вытащим через некоторое время иглу и взвесим. Она оказывается легче, чем была до опыта. Внутри плати­новой чашки мы обнаружим кристаллы металлического серебра. При прохождении тока часть серебра перешла с анода на катод. Это значит, что через иодистое серебро шёл не электронный, а ионный ток, перемещались ионы серебра.

Отрицательные ионы иода в иодистом серебре связаны гораздо прочнее, чем положительные ионы серебра. По­этому перемещения их и выделения иода на аноде не об­наруживается.

В металлах электрические токи создаются только элек­тронами, в растворах — только ионами. Твёрдые неме­таллические тела ведут себя при низких температурах как изоляторы, а при достаточном повышении температуры приобретают некоторую проводимость, обусловленную высвобождаемыми теплом электронами и ионами.