قوانين فاراداي للترسيب الكهربائي – القوانين الأولى والثانية (المعادلات و التعريف)

قوانين فارادي للكهروتحليل

قبل فهم قوانين فارادي للكهروتحليل، يجب أولاً أن نفهم عملية الكهروتحليل لمحلول سلفات المعدن.

عندما يتم تخفيف مادة كهربائية مثل سلفات المعدن في الماء، تنقسم جزيئاتها إلى أيونات موجبة وسالبة. تتحرك الأيونات الموجبة (أو أيونات المعدن) نحو الأقطاب المتصلة بالطرف السالب من البطارية حيث تأخذ هذه الأيونات الموجبة الإلكترونات منها، مصبحة معدناً نقياً ذرة وتترسب على القطب.

تتجه الأيونات السالبة (أو الكبريتات) نحو القطب المتصل بالطرف الموجب للبطارية، حيث تتخلص هذه الأيونات السالبة من إلكتروناتها الزائدة وتتحول إلى راديكال SO4. بما أن SO4 لا يمكن أن توجد في حالة كهربائية محايدة، ستهاجم القطب الموجب المعدني - مكونة سلفاتاً معدنية ستعود مرة أخرى لتذوب في الماء.

قوانين فارادي للكهروتحليل هي علاقات كمية (رياضية) تصف هذين الظاهرتين.

قانون فارادي الأول للكهروتحليل

من الشرح المختصر أعلاه، من الواضح أن تدفق التيار الكهربائي عبر الدائرة الخارجية للبطارية يعتمد تماماً على عدد الإلكترونات التي يتم نقلها من القطب السالب أو الكاثود إلى الأيونات المعدنية الموجبة أو الكاتيونات. إذا كانت الكاتيونات ذات قيمة ثابتة تساوي اثنين مثل Cu++ فإن لكل كاتيون سيكون هناك انتقالان من الكاثود إلى الكاتيون. نعلم أن كل إلكترون له شحنة كهربائية سالبة – 1.602 × 10-19 كولوم وليكن – e. لذلك لكل ذرة Cu تترسب على الكاثود سيكون هناك – 2.e شحنات تنتقل من الكاثود إلى الكاتيون.

والآن لنفترض أنه خلال فترة زمنية t تم ترسيب عدد n من ذرات النحاس على الكاثود، وبالتالي سيكون الشحن الكلي المنقول هو – 2.n.e كولوم. كتلة m للنحاس المرسب هي بالطبع دالة على عدد الذرات المرسبة. لذا يمكن الاستنتاج أن كتلة النحاس المرسب تتناسب طردياً مع كمية الشحن الكهربائي الذي يمر عبر المادة الكهربائية. لذا فإن كتلة النحاس المرسب m ∝ Q كمية الشحن الكهربائي الذي يمر عبر المادة الكهربائية.

قانون فارادي الأول للكهروتحليل ينص على أن الترسيب الكيميائي بسبب تدفق التيار الكهربائي عبر المادة الكهربائية يتناسب طردياً مع كمية الكهرباء (الكولوم) التي تمر عبرها.

أي أن كتلة الترسيب الكيميائي:

حيث Z هو ثابت التناسب ويعرف بمعادل الكهروكيميائي للمادة.

إذا وضعنا Q = 1 كولوم في المعادلة أعلاه، سنحصل على Z = m مما يعني أن المعادل الكهروكيميائي لأي مادة هو الكمية المرسبة لهذه المادة عند مرور 1 كولوم عبر محلولها. هذا الثابت من المعادل الكهروكيميائي يعبر عنه عادةً بمليمغرام لكل كولوم أو كيلوغرام لكل كولوم.

قانون فارادي الثاني للكهروتحليل

حتى الآن، تعلمنا أن كتلة المادة الكيميائية المرسبة بسبب الكهروتحليل تتناسب طردياً مع كمية الكهرباء التي تمر عبر المادة الكهربائية. كتلة المادة الكيميائية المرسبة بسبب الكهروتحليل ليست فقط تتناسب طردياً مع كمية الكهرباء التي تمر عبر المادة الكهربائية، بل تعتمد أيضاً على بعض العوامل الأخرى. لكل مادة وزن ذري خاص بها. لذا بالنسبة لنفس عدد الذرات، ستكون لدي المواد المختلفة كتل مختلفة.

مرة أخرى، عدد الذرات المرسبة على الأقطاب يعتمد أيضاً على قيمتها الثابتة. إذا كانت القيمة الثابتة أكبر، فسوف يكون عدد الذرات المرسبة أقل بالنسبة لكمية الكهرباء نفسها، بينما إذا كانت القيمة الثابتة أقل، فسوف يكون عدد الذرات المرسبة أكبر بالنسبة لكمية الكهرباء نفسها.

لذا، بالنسبة لكمية الكهرباء أو الشحنة واحدة تمر عبر مواد كهربائية مختلفة، فإن كتلة المادة الكيميائية المرسبة تتناسب طردياً مع وزنها الذري ومعكوسياً مع قيمتها الثابتة.

قانون فارادي الثاني للكهروتحليل ينص على أنه عندما تمر نفس كمية الكهرباء عبر عدة مواد كهربائية، فإن كتلة المواد المرسبة تكون تتناسب طردياً مع معادلات كيميائية خاصة بها أو وزنها المكافئ.

المعادل الكيميائي أو الوزن المكافئ

يمكن تحديد المعادل الكيميائي أو الوزن المكافئ للمادة بواسطة قوانين فارادي للكهروتحليل، وهو يعرف بأنه الوزن من تلك المادة الذي سيتفاعل مع أو يحل محل وزن الوحدة من الهيدروجين.

المعادل الكيميائي للهيدروجين هو وحدة. بما أن القيمة الثابتة للمادة تساوي عدد ذرات الهيدروجين التي يمكن استبدالها أو التي يمكن أن تتفاعل معها، فإن المعادل الكيميائي للمادة يمكن تعريفه كنسبة الوزن الذري لها إلى قيمتها الثابتة.

من الذي اخترع قوانين فارادي للكهروتحليل؟

نشرت قوانين فارادي للكهروتحليل بواسطة مايكل فارادي في عام 1834. كان مايكل فارادي أيضاً مسؤولاً عن

بالإضافة إلى اكتشاف هذه القوانين للكهروتحليل، كان مايكل فارادي مسؤولاً أيضاً عن popularizing terminologies مثل الأقطاب والأيونات والأقطاب الموجبة والسالبة.

بيان: احترم الأصلي، المقالات الجيدة تستحق المشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق الرجاء التواصل لحذفه.