Faradays Gesetze der Elektrolyse – Erstes und zweites Gesetz (Gleichungen & Definition)

Faradays Gesetze der Elektrolyse

Bevor wir die Faradays Gesetze der Elektrolyse verstehen, müssen wir zunächst den Prozess der Elektrolyse eines Metallsulfats verstehen.

Wenn ein Elektrolyt wie ein Metallsulfat in Wasser gelöst wird, spalten sich seine Moleküle in positive und negative Ionen auf. Die positiven Ionen (oder Metallionen) bewegen sich zu den Elektroden, die mit dem negativen Pol des Batterie verbunden sind, wo diese positiven Ionen Elektronen von ihr aufnehmen, zu reinem Metall werden und sich auf der Elektrode ablagern.

Die negativen Ionen (oder Sulfionen) bewegen sich zur Elektrode, die mit dem positiven Pol der Batterie verbunden ist, wo diese negativen Ionen ihre überschüssigen Elektronen abgeben und SO4 Radikal werden. Da SO4 nicht in einem elektrisch neutralen Zustand existieren kann, greift es die metallische positive Elektrode an – bildet dabei ein metallisches Sulfat, das sich wieder im Wasser auflöst.

Faradays Gesetze der Elektrolyse sind quantitative (mathematische) Beziehungen, die die oben beschriebenen beiden Phänomene beschreiben.

Faradays Erstes Gesetz der Elektrolyse

Aus der kurzen Erklärung oben geht hervor, dass der Fluss des Stroms durch den externen Batterie-Kreis vollständig davon abhängt, wie viele Elektronen vom negativen Elektroden oder Kathode zu den positiven Metallionen oder Kationen übertragen werden. Wenn die Kationen eine Valenz von zwei haben, wie Cu++, dann würden für jedes Kation zwei Elektronen vom Kathoden zum Kation übertragen. Wir wissen, dass jedes Elektron eine negative elektrische Ladung von -1.602 × 10-19 Coulombs hat, sagen wir - e. Also für die Ablagerung jedes Cu-Atoms auf dem Kathoden würde es -2.e Ladungsübertragungen vom Kathoden zum Kation geben.

Nun sagen wir, für die Zeit t würden insgesamt n Anzahl von Kupferatomen auf dem Kathoden abgelagert, so wäre die gesamte übertragene Ladung -2.n.e Coulombs. Die Masse m des abgelagerten Kupfers ist offensichtlich eine Funktion der Anzahl der abgelagerten Atome. Es kann also geschlossen werden, dass die Masse des abgelagerten Kupfers direkt proportional zur Menge der elektrischen Ladung ist, die durch den Elektrolyten fließt. Daher ist die Masse des abgelagerten Kupfers m ∝ Q Menge der elektrischen Ladung, die durch den Elektrolyten fließt.

Faradays Erstes Gesetz der Elektrolyse besagt, dass die chemische Ablagerung infolge des Flusses von Strom durch einen Elektrolyten direkt proportional zur Menge der Elektrizität (Coulombs) ist, die durch ihn fließt.

d.h. Masse der chemischen Ablagerung:

Wobei Z eine Proportionalitätskonstante ist und als elektrochemisches Äquivalent der Substanz bekannt ist.

Wenn wir Q = 1 Coulomb in der obigen Gleichung setzen, erhalten wir Z = m, was bedeutet, dass das elektrochemische Äquivalent einer beliebigen Substanz die Menge der Substanz ist, die bei Durchfluss von 1 Coulomb durch ihre Lösung abgelagert wird. Diese Konstante des Durchflusses des elektrochemischen Äquivalents wird normalerweise in Milligramm pro Coulomb oder Kilogramm pro Coulomb ausgedrückt.

Faradays Zweites Gesetz der Elektrolyse

Bisher haben wir gelernt, dass die Masse des durch Elektrolyse abgelagerten chemischen Stoffes proportional zur Menge der Elektrizität ist, die durch den Elektrolyten fließt. Die Masse des durch Elektrolyse abgelagerten chemischen Stoffes ist nicht nur proportional zur Menge der Elektrizität, die durch den Elektrolyten fließt, sondern sie hängt auch von anderen Faktoren ab. Jede Substanz hat ihr eigenes Atomgewicht. Für die gleiche Anzahl von Atomen haben verschiedene Substanzen unterschiedliche Massen.

Auch die Anzahl der auf den Elektroden abgelagerten Atome hängt von ihrer Valenz ab. Wenn die Valenz höher ist, dann werden für die gleiche Menge an Elektrizität weniger Atome abgelagert, während bei niedrigerer Valenz für die gleiche Menge an Elektrizität mehr Atome abgelagert werden.

Daher ist die Masse des bei gleicher Menge an Elektrizität oder Ladung durch verschiedene Elektrolyte abgelagerten chemischen Stoffes direkt proportional zu seinem Atomgewicht und indirekt proportional zu seiner Valenz.

Faradays zweites Gesetz der Elektrolyse besagt, dass, wenn die gleiche Menge an Elektrizität durch mehrere Elektrolyte fließt, die Masse der abgelagerten Substanzen proportional zu ihren jeweiligen chemischen Äquivalenten oder Äquivalentgewichten ist.

Chemisches Äquivalent oder Äquivalentgewicht

Das chemische Äquivalent oder Äquivalentgewicht einer Substanz kann durch Faradays Gesetze der Elektrolyse bestimmt werden, und es ist definiert als das Gewicht dieser Substanz, das mit dem Einheitsgewicht von Wasserstoff reagiert oder dieses ersetzt.

Das chemische Äquivalent von Wasserstoff beträgt daher eins. Da die Valenz einer Substanz gleich der Anzahl der Wasserstoffatome ist, die sie ersetzen oder mit denen sie reagieren kann, kann das chemische Äquivalent einer Substanz als das Verhältnis ihres Atomgewichts zu ihrer Valenz definiert werden.

Wer hat Faradays Gesetze der Elektrolyse erfunden?

Faradays Gesetze der Elektrolyse wurden 1834 von Michael Faraday veröffentlicht. Michael Faraday war auch verantwortlich

Neben der Entdeckung dieser Gesetze der Elektrolyse trug Michael Faraday auch zur Verbreitung von Begriffen wie Elektroden, Ionen, Anoden und Kathoden bei.

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