Lois de l'électrolyse de Faraday – Première et deuxième lois (équations et définition)

Lois de Faraday sur l'électrolyse

Avant de comprendre les lois de Faraday sur l'électrolyse, il faut d'abord comprendre le processus d'électrolyse d'un sulfate métallique.

Lorsqu'un électrolyte comme un sulfate métallique est dilué dans l'eau, ses molécules se divisent en ions positifs et négatifs. Les ions positifs (ou ions métalliques) se déplacent vers les électrodes connectées à la borne négative de la batterie où ces ions positifs prennent des électrons, devenant ainsi un atome métallique pur et se déposant sur l'électrode.

Les ions négatifs (ou sulfions) se déplacent vers l'électrode connectée à la borne positive de la batterie, où ces ions négatifs cèdent leurs électrons supplémentaires et deviennent des radicaux SO4. Puisque SO4 ne peut pas exister dans un état électriquement neutre, il attaquera l'électrode positive métallique – formant un sulfate métallique qui se dissoudra à nouveau dans l'eau.

Les lois de Faraday sur l'électrolyse sont des relations quantitatives (mathématiques) qui décrivent ces deux phénomènes.

Première loi de Faraday sur l'électrolyse

Comme expliqué brièvement ci-dessus, il est clair que le flux de courant à travers le circuit externe de la batterie dépend entièrement du nombre d'électrons transférés de l'électrode négative ou cathode aux ions métalliques positifs ou cations. Si les cations ont une valence de deux, comme Cu++, alors pour chaque cation, il y aura deux électrons transférés de la cathode au cation. Nous savons que chaque électron a une charge électrique négative de 1,602 × 10-19 coulombs, disons -e. Ainsi, pour le dépôt de chaque atome de Cu sur la cathode, il y aura un transfert de charge de -2.e.

Maintenant, disons que pendant un temps t, il y aura un total de n atomes de cuivre déposés sur la cathode, donc la charge totale transférée sera de -2.n.e coulombs. La masse m du cuivre déposé est évidemment une fonction du nombre d'atomes déposés. On peut donc conclure que la masse de cuivre déposé est directement proportionnelle à la quantité de charge électrique qui passe à travers l'électrolyte. Ainsi, la masse de cuivre déposé m ∝ Q, quantité de charge électrique passant à travers l'électrolyte.

La première loi de Faraday sur l'électrolyse stipule que le dépôt chimique dû au flux de courant à travers un électrolyte est directement proportionnel à la quantité d'électricité (coulombs) passant à travers lui.

C'est-à-dire, la masse de dépôt chimique :

Où Z est une constante de proportionnalité et est connue sous le nom d'équivalent électrochimique de la substance.

Si nous posons Q = 1 coulomb dans l'équation ci-dessus, nous obtiendrons Z = m, ce qui signifie que l'équivalent électrochimique de toute substance est la quantité de substance déposée lors du passage de 1 coulomb à travers sa solution. Cette constante d'équivalent électrochimique est généralement exprimée en milligrammes par coulomb ou en kilogrammes par coulomb.

Deuxième loi de Faraday sur l'électrolyse

Jusqu'à présent, nous avons appris que la masse de la matière chimique déposée par électrolyse est proportionnelle à la quantité d'électricité qui passe à travers l'électrolyte. La masse de la matière chimique déposée par électrolyse n'est pas seulement proportionnelle à la quantité d'électricité passant à travers l'électrolyte, mais elle dépend également d'autres facteurs. Chaque substance a son propre poids atomique. Ainsi, pour le même nombre d'atomes, différentes substances auront des masses différentes.

De plus, le nombre d'atomes déposés sur les électrodes dépend également de leur valence. Si la valence est plus élevée, alors pour la même quantité d'électricité, le nombre d'atomes déposés sera moins élevé, tandis que si la valence est plus faible, pour la même quantité d'électricité, un plus grand nombre d'atomes seront déposés.

Ainsi, pour la même quantité d'électricité ou de charge passant à travers différents électrolytes, la masse de la matière chimique déposée est directement proportionnelle à son poids atomique et inversement proportionnelle à sa valence.

La deuxième loi de Faraday sur l'électrolyse stipule que, lorsque la même quantité d'électricité est passée à travers plusieurs électrolytes, les masses des substances déposées sont proportionnelles à leurs poids chimiques respectifs ou à leurs poids équivalents.

Poids chimique ou poids équivalent

Le poids chimique ou le poids équivalent d'une substance peut être déterminé par les lois de Faraday sur l'électrolyse, et il est défini comme le poids de cette substance qui se combinera avec ou remplacera le poids unitaire d'hydrogène.

Le poids équivalent de l'hydrogène est donc l'unité. Étant donné que la valence d'une substance est égale au nombre d'atomes d'hydrogène qu'elle peut remplacer ou avec lesquels elle peut se combiner, le poids équivalent d'une substance peut donc être défini comme le rapport de son poids atomique à sa valence.

Qui a inventé les lois de Faraday sur l'électrolyse ?

Les lois de Faraday sur l'électrolyse ont été publiées par Michael Faraday en 1834. Michael Faraday était également responsable

En plus de découvrir ces lois de l'électrolyse, Michael Faraday est également responsable de la popularisation de terminologies telles que électrodes, ions, anodes et cathodes.

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