Prawa elektrolizy Faradaya – Pierwsze i Drugie Prawo (Równania i Definicja)

Prawa Faradaya elektrolizy

Przed zrozumieniem praw Faradaya elektrolizy, musimy najpierw zrozumieć proces elektrolizy siarczanu metali.

Gdy elektrolit, takie jak siarczany metali, jest rozcieńczony w wodzie, jego cząsteczki dzielą się na jony dodatnie i ujemne. Joni dodatnie (lub jony metalowe) przemieszczają się do elektrod podłączonych do ujemnego terminala baterii, gdzie te jony dodatnie pobierają elektrony, stając się czystym metalem atomy i osadzając się na elektrodzie.

Joni ujemne (lub siarczaniony) przemieszczają się do elektrody podłączonej do dodatniego terminala baterii, gdzie te jony ujemne oddają swoje dodatkowe elektrony i stają się radykałem SO4. Ponieważ SO4 nie może istnieć w stanie elektrycznie neutralnym, zaatakuje on metalową dodatnią elektrodę – tworząc siarczan metali, który ponownie rozpuszcza się w wodzie.

Prawa Faradaya elektrolizy to ilościowe (matematyczne) relacje opisujące powyższe dwa zjawiska.

Pierwsze prawo Faradaya elektrolizy

Z krótkiego wyjaśnienia wyżej wynika, że przepływ prądu przez zewnętrzny obwód baterii całkowicie zależy od tego, ile elektronów przeniesiono z ujemnej elektrody lub katody do dodatnich jonów metalowych lub kationów. Jeśli kationy mają walencyę równą dwa, jak Cu++, to dla każdego kationu będzie przeniesionych dwa elektrony z katody do kationu. Wiemy, że każdy elektron ma ujemny ładunek elektryczny – 1.602 × 10-19 Coulombów, i powiedzmy, że to jest – e. Tak więc, dla osadzenia każdego atomu Cu na katodzie, będzie przeniesiony ładunek – 2.e z katody do kationu.

Teraz powiedzmy, że po czasie t będzie łącznie n liczbę atomów miedzi osadzonych na katodzie, więc łączny przeniesiony ładunek będzie – 2.n.e Coulombów. Masa m osadzonej miedzi jest oczywiście funkcją liczby osadzonych atomów. Można więc wnioskować, że masa osadzonej miedzi jest proporcjonalna do ilości ładunku elektrycznego, który przepływa przez elektrolit. Zatem masa osadzonej miedzi m ∝ Q ilość ładunku elektrycznego przepływającego przez elektrolit.

Pierwsze prawo Faradaya elektrolizy mówi, że chemiczne osadzenie spowodowane przepływem prądu przez elektrolit jest bezpośrednio proporcjonalne do ilości prądu (Coulombów) przepływającego przez nie.

czyli masa chemicznego osadu:

Gdzie, Z jest stałą proporcjonalności i jest znana jako elektrochemiczna równoważność substancji.

Jeśli wstawimy Q = 1 coulomb w powyższym równaniu, otrzymamy Z = m, co oznacza, że elektrochemiczna równoważność jakiejkolwiek substancji to ilość tej substancji, która osadza się przy przepływie 1 coulomba przez jej roztwór. Ta stała elektrochemicznej równoważności jest zwykle wyrażana w miligramach na coulomb lub kilogramach na coulomb.

Drugie prawo Faradaya elektrolizy

Dotychczas dowiedzieliśmy się, że masa substancji, osadzona w wyniku elektrolizy, jest proporcjonalna do ilości prądu, który przepływa przez elektrolit. Masa substancji, osadzona w wyniku elektrolizy, jest nie tylko proporcjonalna do ilości prądu, który przepływa przez elektrolit, ale zależy również od innych czynników. Każda substancja ma swoją własną masę atomową. Dlatego dla tej samej liczby atomów, różne substancje będą miały różną masę.

Ponownie, ile atomów osadza się na elektrodach, zależy również od ich liczby walency. Jeśli walencja jest większa, to dla tej samej ilości prądu, liczba osadzonych atomów będzie mniejsza, natomiast jeśli walencja jest mniejsza, to dla tej samej ilości prądu, więcej atomów zostanie osadzonych.

Tak więc, dla tej samej ilości prądu lub ładunku przepływającego przez różne elektrolity, masa osadzonej substancji jest bezpośrednio proporcjonalna do jej masy atomowej i odwrotnie proporcjonalna do jej walency.

Drugie prawo Faradaya elektrolizy mówi, że gdy ta sama ilość prądu przepływa przez wiele elektrolitów, masa osadzonych substancji jest proporcjonalna do ich odpowiedniej równoważności chemicznej lub wagi równoważnikowej.

Równoważność chemiczna lub waga równoważnikowa

Równoważność chemiczna lub waga równoważnikowa substancji może być określona przez prawa Faradaya elektrolizy, i jest zdefiniowana jako waga tej substancji, która połączy się z lub zastąpi jednostkę wagi wodoru.

Równoważność chemiczna wodoru wynosi zatem jedność. Ponieważ walencja substancji jest równa liczbie atomów wodoru, które może zastąpić lub z którymi może połączyć, równoważność chemiczna substancji może być zdefiniowana jako stosunek jej masy atomowej do jej walency.

Kto wynalazł prawa Faradaya elektrolizy?

Prawa Faradaya elektrolizy zostały opublikowane przez Michaela Faradaya w 1834 roku. Michael Faraday był również odpowiedzialny

Oprócz odkrycia tych praw elektrolizy, Michael Faraday jest również odpowiedzialny za popularyzację terminologii takiej jak elektrody, jony, anody i katody.

Oświadczenie: Szacuj oryginał, dobre artykuły warto udostępniać, jesli istnieje naruszenie autorskich praw prosimy o kontakt z celami usunięcia.