Faraday törvényei az elektrolízisről – Az első és a második törvénnyel (egyenletek és definíció)

Faraday törvényei az elektrolízisről

Mielőtt megértenénk a Faraday elektrolízis törvényeit, először meg kell ismernünk a fém-szulfát elektrolízisének folyamatát.

Amikor egy elektrolit, mint például a fém-szulfát, vízzel keveredik, molekulái pozitív és negatív ionokká bomlanak. A pozitív ionok (vagy fémionok) áramhoz kapcsolt negatív terminálú elektrodák felé mozognak, ahol ezek a pozitív ionok elektront vesznek fel, és tiszta fém atomokká válnak, majd a elektrodán kerülnek lehegyezésre.

A negatív ionok (vagy szülfitionok) a akkumulátor pozitív termináljához csatlakoztatott elektrodák felé mozognak, ahol ezek a negatív ionok eladják extra elektronjaikat, és SO4 radikálvá válnak. Mivel az SO4 nem létezik elektromosan semleges állapotban, támadni fogja a pozitív fém elektrodát, és fém-szulfátként alakul ki, ami újra oldódik a vízben.

Faraday elektrolízis törvényei kvantitatív (matematikai) összefüggések, amelyek leírják a fenti két jelenséget.

Faraday első elektrolízis törvénye

A fenti rövid magyarázatból világos, hogy a áram áramlása a külső akkumulátor áramkörön teljesen függ attól, hogy hány elektron jut át a negatív elektrodáról vagy katódorról a pozitív fémionokra vagy kationokra. Ha a kationok valenciája kettő, mint például a Cu++, akkor minden kation esetén két elektron jut át a katódorról a kationra. Tudjuk, hogy minden elektron negatív elektromos töltése -1.602 × 10-19 Coulomb, és legyen - e. Tehát minden Cu atom lehegyezéséhez - 2.e töltés jut át a katódorról a kationra.

Most tegyük fel, hogy t idő alatt n darab rézatom kerül lehegyezésre a katódón, így a teljes átadott töltés - 2.n.e Coulomb. A lehegyezett réz m tömege nyilvánvalóan a lehegyezett atomok számának függvénye. Így következtethetünk, hogy a lehegyezett réz tömege arányos a végigmenő elektromos töltéssel. Tehát a lehegyezett réz m tömege ∝ Q mennyiségű elektromos töltés, ami áthalad az elektroliten.

Faraday első elektrolízis törvénye kimondja, hogy a vegyület lehegyezése, ami az áram áramlásának eredménye, arányos a végigmenő elektromos töltéssel (Coulomb).

Tehát a vegyület lehegyezésének tömege:

Ahol Z egy arányossági konstans, és az anyag elektrokémiai ekvivalensét adja meg.

Ha a fenti egyenletbe behelyettesítünk Q = 1 Coulombot, akkor kapjuk Z = m, ami azt jelenti, hogy bármilyen anyag elektrokémiai ekvivalense annak a mennyisége, ami lehegyezésre kerül, ha 1 Coulomb áram megy át a vegyülete felett. Ez az elektrokémiai ekvivalens általában milligramm per Coulomb vagy kilogramm per Coulomb egységekben fejezhető ki.

Faraday második elektrolízis törvénye

Addig tanultuk, hogy az elektrolízissel lehegyezett vegyület tömege arányos a végigmenő elektromos töltéssel. Az elektrolízissel lehegyezett vegyület tömege nem csak arányos a végigmenő elektromos töltéssel, de más tényezőktől is függ. Minden anyagnak van saját atomtömege. Ugyanannyi atom esetén különböző anyagok különböző tömegeket mutatnak.

Ismét, hogy hány atom kerül lehegyezésre az elektrodákon, attól is függ, hogy hány valenciajuk van. Ha a valencia nagyobb, akkor ugyanannyi áram mellett kevesebb atom kerül lehegyezésre, míg ha a valencia kisebb, akkor ugyanannyi áram mellett több atom kerül lehegyezésre.

Tehát, ugyanannyi áram vagy töltés esetén különböző elektrolitken, a lehegyezett vegyület tömege arányos az atomtömegével, és fordítva arányos a valenciájával.

Faraday második elektrolízis törvénye kimondja, hogy, ha ugyanannyi áram megy át különböző elektroliteken, a lehegyezett anyagok tömege arányos a különböző vegyületek kémiai ekvivalensével vagy ekvivalens súlyával.

Kémiai ekvivalens vagy ekvivalens súly

Egy anyag kémiai ekvivalense vagy ekvivalens súlya meghatározható a Faraday elektrolízis törvényeinek segítségével, és definíció szerint az a súly, amely kombinálódik vagy helyettesíti a hidrogén egységnyi súlyát.

A hidrogén kémiai ekvivalense tehát egység. Mivel egy anyag valenciája egyenlő azzal a hidrogén atomok számával, amelyekkel kombinálódik vagy helyettesítheti, egy anyag kémiai ekvivalense tehát definiálható, mint az atomtömegének és valenciájának aránya.

Faraday elektrolízis törvényeinek felfedezője

A Faraday elektrolízis törvényeit Michael Faraday publikálta 1834-ben. Michael Faraday felelős volt

Ahogy ezeket az elektrolízis törvényeket felfedezte, Michael Faraday felelős volt a terminológia terjesztéséért, mint például elektrodák, ionok, anódák és katódák.

Kijelentés: Tisztelettel viselkedjen az eredeti, hasznos cikkek megosztásra érdemesek, ha van sértés kérjük forduljon ahhoz, hogy töröljék.