Zákony elektrolýzy Faradaye – První a druhý zákon (rovnice a definice)

Faradayho zákony elektrolýzy

Než porozumíme Faradayho zákonům elektrolýzy, musíme nejprve pochopit proces elektrolýzy síranu kovu.

Když je elektrolyt, jako je síran kovu, rozpuštěn vodou, jeho molekuly se rozdělí na kladné a záporné ionty. Kladné ionty (nebo kovové ionty) se pohybují k elektrodám připojeným k zápornému pólu baterie, kde tyto kladné ionty přijmou elektrony a stávají se čistým kovem atomem a usazují se na elektrodě.

Záporné ionty (nebo sírany) se pohybují k elektrodě připojené k kladnému pólu baterie, kde tyto záporné ionty odevzdají své elektrony a stanou se SO4 radikálem. Protože SO4 nemůže existovat v elektricky neutrálním stavu, zaútočí na kladnou kovovou elektrodu – tvoří se tak kovový síran, který se opět rozpustí ve vodě.

Faradayho zákony elektrolýzy jsou kvantitativní (matematické) vztahy, které popisují výše uvedené dva jevy.

První Faradayův zákon elektrolýzy

Z krátkého vysvětlení výše je zřejmé, že tok elektrického proudu přes externí obvod baterie plně závisí na tom, kolik elektronů se přenese z záporné elektrody nebo katody na kladné kovové ionty nebo kationty. Pokud mají kationty valenci dva, jako Cu++, pak pro každého kationtu by se přeneslo dva elektrony z katody na kationt. Víme, že každý elektron má záporný elektrický náboj – 1.602 × 10-19 Coulombů a řekněme, že to je – e. Takže pro usazení každého atomu Cu na katodě by se přenesl – 2.e náboj z katody na kationt.

Nyní řekněme, že za dobu t bude celkový počet usazených atomů mědi na katodě n, takže celkový přenesený náboj bude – 2.n.e Coulombů. Hmotnost m usazené mědi je samozřejmě funkcí počtu usazených atomů. Lze tedy usoudit, že hmotnost usazené mědi je přímo úměrná množství elektrického náboje, který projde elektrolytem. Tedy hmotnost usazené mědi m ∝ Q množství elektrického náboje, které projde elektrolytem.

První Faradayův zákon elektrolýzy říká, že chemické usazení způsobené průtokem elektrického proudu skrz elektrolyt je přímo úměrné množství elektrické energie (Coulombů), která projde elektrolytem.

tj. hmotnost chemického usazení:

Kde Z je konstanta úměrnosti a známa jako elektrochemická ekvivalence látky.

Pokud dosadíme Q = 1 coulomb do výše uvedené rovnice, dostaneme Z = m, což znamená, že elektrochemická ekvivalence jakékoli látky je množství látky usazené při průchodu 1 coulombem skrz její roztok. Tato konstanta elektrochemické ekvivalence se obvykle vyjadřuje v miligramách na coulomb nebo kilogramech na coulomb.

Druhý Faradayův zákon elektrolýzy

Dosaďme, že jsme se naučili, že hmotnost chemikálie, usazené v důsledku elektrolýzy, je úměrná množství elektrické energie, která projde elektrolytem. Hmotnost chemikálie, usazené v důsledku elektrolýzy, není pouze úměrná množství elektrické energie, která projde elektrolytem, ale závisí i na dalších faktorech. Každá látka má svou vlastní atomovou hmotnost. Pro stejný počet atomů budou různé látky mít různou hmotnost.

Opět, kolik atomů se usadí na elektrodách, závisí také na jejich valenci. Pokud je valence vyšší, pak pro stejné množství elektrické energie bude počet usazených atomů nižší, zatímco pokud je valence nižší, pak pro stejné množství elektrické energie bude usazeno více atomů.

Takže pro stejné množství elektrické energie nebo náboje, který projde různými elektrolyty, je hmotnost usazené chemikálie přímo úměrná její atomové hmotnosti a nepřímo úměrná její valenci.

Druhý Faradayův zákon elektrolýzy říká, že když stejné množství elektrické energie projde několika elektrolyty, hmotnost usazených látek je úměrná jejich chemické ekvivalenci nebo ekvivalentní hmotnosti.

Chemická ekvivalence nebo ekvivalentní hmotnost

Chemická ekvivalence nebo ekvivalentní hmotnost látky může být určena Faradayho zákony elektrolýzy, a definuje se jako hmotnost této látky, která se spojí s nebo vytlačí jednotkovou hmotností vodíku.

Chemická ekvivalence vodíku je tedy jedna. Protože valence látky je rovna počtu atomů vodíku, které může nahradit nebo se s nimi může spojit, chemická ekvivalence látky se tedy může definovat jako poměr její atomové hmotnosti k její valenci.

Kdo vynalezl Faradayho zákony elektrolýzy?

Faradayho zákony elektrolýzy byly publikovány Michaelem Faradayem v roce 1834. Michael Faraday byl také zodpovědný

Kromě objevu těchto zákonů elektrolýzy, Michael Faraday zpopularizoval také terminologie, jako jsou elektrody, ionty, anody a katody.