Ֆարադեյի էլեկտրոլիզի օրենքները – Առաջին և Երկրորդ օրենքներ (հավասարումներ և սահմանում)
Ֆարադեյի էլեկտրոլիզի օրենքները
Մենք պետք է հասկանանք Ֆարադեյի էլեկտրոլիզի օրենքները առաջին հերթին հասկանալով մետաղ սուլֆատի էլեկտրոլիզի գործընթացը։
Երբ էլեկտրոլիտ, ինչպես օրինակ մետաղ սուլֆատը լուսանում է ջրում, նրա մոլեկուլները բաժանվում են դրական և բացասական իոնների։ Դրական իոնները (կամ մետաղ իոնները) շարժվում են դեպի էլեկտրոդները, որոնք կապված են բացասական բաժանման հետ այն բատարիայի միջոցով, որտեղ դրական իոնները վերցնում են էլեկտրոններ դրանց հետ և դառնում են միարժեք մետալ ատոմներ, որոնք ամրացնում են էլեկտրոդի վրա։
Բացասական իոնները (կամ սուլֆիոնները) շարժվում են դեպի էլեկտրոդները, որոնք կապված են դրական բաժանման հետ այն բատարիայի միջոցով, որտեղ բացասական իոնները կորցնում են իրենց ավելորդ էլեկտրոնները և դառնում են SO4 ռադիկալ։ Քանի որ SO4-ը չի կարող գոյություն ունենալ էլեկտրականորեն ニュートラルな状態では存在できないため、SO4は金属の正極を攻撃し、再び水に溶ける金属硫酸塩を形成します。
Ֆարադեյի էլեկտրոլիզի օրենքները քանակական (մաթեմատիկական) հարաբերություններ են, որոնք նկարագրում են վերը նշված երկու երևույթները:
Ֆարադեյի էլեկտրոլիզի առաջին օրենքը
Վերը նշված կարճ բացատրությունից պարզ է, որ էլեկտրական հոսանքի հոսքը էլեկտրոլիտով լավագույն կերպ կախված է այն էլեկտրոնների քանակից, որոնք փոխանցվում են բացասական էլեկտրոդից դրական մետաղ իոններին կամ կատիոններին։ Եթե կատիոնները ունեն երկու վալենտություն, ինչպես օրինակ Cu++, ապա յուրաքանչյուր կատիոնի համար կարող է փոխանցվել երկու էլեկտրոն։ Մենք գիտենք, որ յուրաքանչյուր էլեկտրոն ունի բացասական էլեկտրական լարվածություն – 1.602 × 10-19 Կուլոն և ասենք, որ դա է – e։ Այսպիսով, յուրաքանչյուր Cu ատոմի համար կատիոնի վրա կարող է փոխանցվել – 2.e լարվածություն:
Այժմ ասենք, որ t ժամանակում կարող է ընդհանրապես n քանակությամբ נחמדים נחמסים להישאר על הקתודה, כך שהטען הכולל המועבר יהיה – 2.n.e קולון. מסת הנחושת שנאגרה היא בהכרח פונקציה של מספר האטומים שנאגרו. לכן, ניתן להסיק כי מסת הנחושת שנאגרה פרופורציונית לכמות הטעינה החשמלית שעוברת דרך האלקטרוליט. לפיכך, מסת הנחושת שנאגרה m ∝ Q כמות הטעינה החשמלית העוברת דרך האלקטרוליט.
Ֆարադեյի էլեկտրոլիզի առաջին օրենքը պնդում է, որ քիմիական ամրացումը էլեկտրական հոսանքի հոսքի արդյունքում էլեկտրոլիտով ուղիղ համեմատական է այն էլեկտրական էներգիայի (կուլոններ) քանակին, որը անցնում է դրա միջով:
այսինքն. քիմիական ամրացման զանգվածը:
Որտեղ Z հաստատուն համամասնության գործակիցն է և այն հայտնի է որպես նյութի էլեկտրոքիմիական համարժեքը:
Եթե մենք դնենք Q = 1 կուլոն վերևի հավասարման մեջ, մենք կստանանք Z = m, որը նշանակում է, որ նյութի էլեկտրոքիմիական համարժեքը այն նյութի քանակն է, որը ամրացվում է 1 կուլոն էլեկտրական լարվածության անցնելու դեպքում նրա լուծույթով։ Այս հաստատուն էլեկտրոքիմիական համարժեքը ընդհանուր առմամբ արտահայտվում է միլիգրամներով կուլոնով կամ կիլոգրամներով կուլոնով:
Ֆարադեյի էլեկտրոլիզի երկրորդ օրենքը
Մինչ այժմ մենք գիտենք, որ էլեկտրոլիզի արդյունքում ամրացվող քիմիական նյութի զանգվածը համեմատական է անցնող էլեկտրական լարվածության քանակին էլեկտրոլիտով։ Էլեկտրոլիզի արդյունքում ամրացվող քիմիական նյութի զանգվածը համեմատական է ոչ միայն անցնող էլեկտրական լարվածության քանակին, այլ նաև կախված է այլ արգументներից։ Յուրաքանչյուր նյութ ունի իր սեփական ատոմային կշիռ։ Այսպիսով, նույն քանակությամբ ատոմների դեպքում տարբեր նյութերը կունենան տարբեր զանգվածներ։
Նորից, քանի՞ ատոմ է ամրացվում էլեկտրոդների վրա, այն կախված է նրանց վալենտությունից։ Եթե վալենտությունը ավելի մեծ է, ապա նույն էլեկտրական լարվածության դեպքում ամրացվող ատոմների քանակը կլինի ավելի փոքր, իսկ եթե վալենտությունը ավելի փոքր է, ապա նույն էլեկտրական լարվածության դեպքում ամրացվող ատոմների քանակը կլինի ավելի շատ։
Այսպիսով, նույն էլեկտրական լարվածության կամ լարվածության դեպքում տարբեր էլեկտրոլիտներով ամրացվող քիմիական նյութի զանգվածը ուղիղ համեմատական է նրա ատոմային կշռին և հակադարձ համեմատական է նրա վալենտությանը։
Ֆարադեյի էլեկտրոլիզի երկրորդ օրենքը պնդում է, որ երբ նույն էլեկտրական լարվածությունը անցնում է մի քանի էլեկտրոլիտներով, ամրացվող նյութերի զանգվածները համեմատական են նրանց համապատասխան քիմիական համարժեքներին կամ համարժեք կշռին:
Քիմիական համարժեք կամ համարժեք կշիռ
Նյութի քիմիական համարժեքը կամ համարժեք կշիռը կարող է որոշվել Ֆարադեյի էլեկտրոլիզի օրենքներով, և այն սահմանվում է որպես այն նյութի կշիռ, որը կարող է միացնել կամ փոխարինել հիդրոգենի միավոր կշիռը:
Հիդրոգենի քիմիական համարժեքը հենց միավորն է։ Քանի որ նյութի վալենտությունը հավասար է այն հիդրոգեն ատոմների քանակին, որոնք այն կարող է փոխարինել կամ միացնել, ապա նյութի քիմիական համարժեքը կարող է սահմանվել որպես նրա ատոմային կշռի հարաբերությունը նրա վալենտությանը:
