Законите на Фарадей за електролиз – първи и втори закон (уравнения и дефиниция)

Законите на Фарадей за електролиз

Прежде да разберем законите на Фарадей за електролиз, трябва първо да разберем процеса на електролиз на сулфат на метал.

Винаги когато електролит като сулфат на метал се разтвори във вода, молекулите му се разделят на положителни и отрицателни йони. Положителните йони (или метални йони) се преместват към електродите, свързани с отрицателния контакт на батерията, където тези положителни йони взимат електрони от нея, ставайки чист метал атом и оседват на електрода.

Отрицателните йони (или сулфиони) се преместват към електрода, свързан с положителния контакт на батерията, където тези отрицателни йони изоставят своите допълнителни електрони и стават SO4 радикал. Тъй като SO4 не може да съществува в електрически нейтрално състояние, то ще нападне положителния метален електрод – формирайки метален сулфат, който отново ще се разтвори във водата.

Законите на Фарадей за електролиз са количествени (математически) отношения, които описват гореспоменатите два феномена.

Първи закон на Фарадей за електролиз

От краткото обяснение по-горе е ясно, че протичането на ток през външната батерия зависи напълно от това, колко електрони се прехвърлят от отрицателния електрод или катод към положителния метален йон или катион. Ако катионите имат валентност две, както Cu++, то за всеки катион, ще има два електрона, прехвърлени от катод към катион. Знаем, че всеки електрон има отрицателен електричен заряд – 1.602 × 10-19 Кулон и кажем, че е – e. Така за осаждането на всеки атом Cu на катода, ще има – 2.e заряд, прехвърлен от катод към катион.

Сега, ако за време t има общо n брой атоми мед, осадени на катода, то общият прехвърлен заряд, ще бъде – 2.n.e Кулон. Масата m на осадената мед очевидно е функция от броя на осадените атоми. Следователно, може да се заключи, че масата на осадената мед е прямо пропорционална на количеството електрически заряд, който минава през електролита. Следователно, масата на осадената мед m ∝ Q количество електрически заряд, минаващ през електролита.

Първи закон на Фарадей за електролиз гласи, че химическото осаждане, причинено от протичането на ток през електролит, е прямо пропорционално на количеството електричество (кулоны), преминало през него.

Т.е. масата на химическото осаждане:

Където, Z е константа на пропорционалност и е известна като електрохимичен еквивалент на веществото.

Ако сложим Q = 1 кулон в горното уравнение, ще получим Z = m, което означава, че електрохимичният еквивалент на всяко вещество е количеството от веществото, осадено при преминаване на 1 кулон през неговия разтвор. Тази константа на преминаване на електрохимичен еквивалент обикновено се изразява в милиграми на кулон или килограми на кулон.

Втори закон на Фарадей за електролиз

Досега научихме, че масата на химикалия, осадени поради електролиз, е пропорционална на количеството електричество, преминало през електролита. Масата на химикалия, осадени поради електролиз, не само е пропорционална на количеството електричество, преминало през електролита, но също така зависи и от други фактори. Всяко вещество има своя атомен тег. Така за един и същ брой атоми, различните вещества ще имат различни маси.

Освен това, колко атоми се осаждат на електродите, зависи от техния валентен брой. Ако валентността е по-голяма, то за едно и също количество електричество, броят на осадените атоми ще бъде по-малък, докато ако валентността е по-малка, то за едно и също количество електричество, броят на осадените атоми ще бъде по-голям.

Следователно, за едно и също количество електричество или заряд, преминал през различни електролити, масата на осадения химикал е прямо пропорционална на неговия атомен тег и обратно пропорционална на неговата валентност.

Втори закон на Фарадей за електролиз гласи, че, когато едно и също количество електричество премине през няколко електролита, масата на осадените вещества е пропорционална на техните респективни химически еквиваленти или еквивалентни тегла.

Химически еквивалент или еквивалентно тегло

Химическият еквивалент или еквивалентното тегло на вещество може да бъде определено посредством законите на Фарадей за електролиз, и се дефинира като теглото на това вещество, което ще се комбинира с или ще замести единично тегло водород.

Химическият еквивалент на водорода е, следователно, единица. Тъй като валентността на вещество е равна на броя на атомите водород, които то може да замести или с които може да се комбинира, химическият еквивалент на вещество може да се дефинира като отношението между неговото атомно тегло и неговата валентност.

Кой измисли законите на Фарадей за електролиз?

Законите на Фарадей за електролиз бяха публикувани от Майкъл Фарадей през 1834 година. Майкъл Фарадей беше също отговорен