Faradayn sähkölyysin lait – Ensimmäinen ja toinen laki (yhtälöt & määritelmä)

Faradayn sähkölyysin lait

Ennen kuin ymmärrämme Faradayn sähkölyysin lait, meidän on ensin ymmärrettävä metallisulfaatin sähkölyysi.

Kun sähkölyytein kuten metallisulfaatti hoidetaan vedessä, sen molekyylit hajoavat positiiviseen ja negatiiviseen ioniin. Positiiviset ionit (tai metallionit) siirtyvät elektroodeille, jotka ovat yhdistetty akun negatiiviseen päätepisteeseen, jossa nämä positiiviset ionit ottavat elektronit sieltä, muodostaen puhtaan metallin atomin ja kerääntyvät elektroodiin.

Negatiiviset ionit (tai sulfit) siirtyvät elektroodeille, jotka ovat yhdistetty akun positiiviseen päätepisteeseen, jossa nämä negatiiviset ionit antavat pois ylimääräiset elektronit ja muodostavat SO4 radikaalin. Koska SO4 ei voi olla sähköisesti neutraalissa tilassa, se hyökkää metalliseen positiiviseen elektroodiin – muodostaen metallisulfaatin, joka taas hajoaa vedessä.

Faradayn sähkölyysin lait ovat kvantitatiivisia (matemaattisia) suhteita, jotka kuvaavat edellä mainittuja kahta ilmiötä.

Faradayn sähkölyysin ensimmäinen laki

Edellä esitetystä lyhyestä selityksestä on selvää, että sähkövirran virtaus ulkoisessa akun piirissä riippuu täysin siitä, kuinka monta elektronia siirtyy negatiiviselta elektroodilta tai katodilta positiiviseen metallioniin tai kationiin. Jos katiodilla on valenssi kaksi, kuten Cu++, niin jokaiselle katiodille siirtyy kaksi elektronia katodista kationiin. Tiedämme, että jokaisella elektronilla on negatiivinen sähkövarauksena –1.602 × 10-19 kulombia, ja sanoimme, että se on – e. Joten jokaisen Cu-atomiksen tallettamiseksi katodiin siirtyy – 2.e varauksen määrä katodista kationiin.

Nyt sanotaan, että ajan t kuluessa katodiin talletetaan n määrä kuparin atomeja, joten kokonaisvarauksen määrä, joka siirtyy, on – 2.n.e kulombia. Talletetun kuparin massa m on ilmiselvästi funktiona talletettujen atomien määrästä. Siksi voidaan päätellä, että talletetun kuparin massa on suoraan verrannollinen siihen sähkövarauksen määrään, joka kulkee sähkölyytein läpi. Siksi talletetun kuparin massa m ∝ Q sähkövarauksen määrä, joka kulkee sähkölyytein läpi.

Faradayn sähkölyysin ensimmäinen laki sanoo, että kemiallinen talletus, joka johtuu sähkövirran virrasta sähkölyytein läpi, on suoraan verrannollinen siihen sähkövarauksen määrään (kulombreiksi), joka kulkee sähkölyytein läpi.

eli talletetun kemiallisen aineen massa:

Missä Z on verrannollisuuden vakio ja se tunnetaan aineen sähkökemiallisena ekvivalenttina.

Jos asetamme Q = 1 kulombi yllä olevaan yhtälöön, saamme Z = m, mikä tarkoittaa, että minkä tahansa aineen sähkökemiallinen ekvivalentti on aineen määrä, joka talletetaan, kun 1 kulombi kulkee sen liuoksen läpi. Tämä sähkökemiallisten ekvivalenttien vakiomäärä ilmaistaan yleensä milligrammoina per kulombi tai kilogrammoina per kulombi.

Faradayn sähkölyysin toinen laki

Tähän mennessä olemme oppineet, että sähkölyysin ansiosta talletetun kemiallisen aineen massa on verrannollinen siihen sähkövarauksen määrään, joka kulkee sähkölyytein läpi. Sähkölyysin ansiosta talletetun kemiallisen aineen massa ei ole vain verrannollinen siihen sähkövarauksen määrään, joka kulkee sähkölyytein läpi, vaan se myös riippuu joistakin muista tekijöistä. Jokaisella aineella on oma atomipainonsa. Niinpä samalla määrällä atomeja eri aineilla on eri massat.

Taas, kuinka monta atomea talletetaan elektroodeille, riippuu niiden valenssin määrästä. Jos valenssi on suurempi, samaa sähkövarauksen määrää kohti talletetaan vähemmän atomeja, kun taas jos valenssi on pienempi, samaa sähkövarauksen määrää kohti talletetaan enemmän atomeja.

Siksi, kun sama sähkövarauksen määrä tai sähkövarauksen määrä kulkee eri sähkölyyteiden läpi, talletetun kemiallisen aineen massa on suoraan verrannollinen sen atomipainoon ja käänteisesti verrannollinen sen valenssiin.

Faradayn sähkölyysin toinen laki sanoo, että, kun sama sähkövarauksen määrä kulkee usean sähkölyytein läpi, talletetut aineiden massat ovat verrannollisia niiden vastaaviin kemiallisiin ekvivalentteihin tai ekvivalenttivoimiin.

Kemiallinen ekvivalentti tai ekvivalenttipaino

Kemiallinen ekvivalentti tai ekvivalenttipaino voidaan määrittää Faradayn sähkölyysin laeilla, ja se määritellään sellaisen alueen painoksi, joka yhdistyy tai syrjäyttää yhden yksikön vetyä.

Vetyä vastaavan aineen kemiallinen ekvivalentti on siten yksi. Koska aineen valenssi on yhtä suuri kuin vetyatomen määrä, jolla se voi korvata tai johon se voi yhdistyä, aineen kemiallinen ekvivalentti voidaan määritellä sen atomipainon ja valenssin suhteena.

Keisti Faradayn sähkölyysin lait?

Faradayn sähkölyysin lait julkaistiin Michael Faradyn toimesta vuonna 1834. Michael Farady oli myös vastuussa

Näiden sähkölyysin lait löytäneen lisäksi Michael Farady on myös vastuussa terminologian, kuten elektrodit, ionit, anodit ja katodit, suosituimmaksi.