Закони електролізу Фарадея – перший і другий закони (рівняння та визначення)

Закони Фарадея електролізу

Перед тим як зрозуміти закони Фарадея електролізу, ми повинні спочатку зрозуміти процес електролізу сульфату металу.

Коли електроліт, такий як сульфат металу, розчинений у воді, його молекули розпадаються на додатні та від'ємні іони. Додатні іони (або металеві іони) переміщуються до електродів, підключених до від'ємного кінця батареї, де ці додатні іони забирають електрони, стаючи чистим металом атомом та осідаючи на електроді.

Від'ємні іони (або сульфіони) переміщуються до електрода, підключеного до додатного кінця батареї, де ці від'ємні іони віддають свої надлишкові електрони та стають радикалом SO4. Оскільки SO4 не може існувати в електрично нейтральному стані, він нападає на додатний металевий електрод – утворюючи металевий сульфат, який знову розчиниться у воді.

Закони Фарадея електролізу є кількісними (математичними) зв'язками, які описують вищезазначені два явища.

Перший закон Фарадея електролізу

З короткого пояснення вище очевидно, що потік струму через зовнішній батареї повністю залежить від того, скільки електронів передається від від'ємного електрода або катоду до додатних металевих іонів або катіонів. Якщо катіони мають валентність два, як Cu++, то для кожного катіона буде передано два електрони від катоду до катіона. Ми знаємо, що кожен електрон має від'ємний електричний заряд – 1.602 × 10-19 Кулонів, і кажемо, що це – e. Отже, для осадження кожного атома Cu на катоді буде передано – 2.e заряду від катоду до катіона.

Тепер, кажучи, що за час t буде осаджено загальне n число атомів міді на катоді, загальний заряд, переданий, буде – 2.n.e Кулонів. Маса m осадженого мідного матеріалу очевидно є функцією числа осаджених атомів. Тому можна зробити висновок, що маса осадженого мідного матеріалу прямо пропорційна кількості електричного заряду, який проходить через електроліт. Тобто маса осадженого мідного матеріалу m ∝ Q кількість електричного заряду, що проходить через електроліт.

Перший закон Фарадея електролізу стверджує, що хімічне осадження, що відбувається при проходженні струму через електроліт, прямо пропорційне кількості електрики (кулонів), що пройшла через нього.

тобто маса хімічного осадження:

Де Z - константа пропорційності, відома як електрохімічний еквівалент речовини.

Якщо ми покладемо Q = 1 кулон у вищенаведеному рівнянні, ми отримаємо Z = m, що означає, що електрохімічний еквівалент будь-якої речовини - це кількість речовини, яка осаджується при проходженні 1 кулону через її розчин. Ця константа електрохімічного еквіваленту зазвичай виражається в міліграмах на кулон або кілограмах на кулон.

Другий закон Фарадея електролізу

До цього моменту ми дізналися, що маса речовини, осаджена завдяки електролізу, пропорційна кількості електрики, що проходить через електроліт. Маса речовини, осаджена завдяки електролізу, не лише пропорційна кількості електрики, що проходить через електроліт, але вона також залежить від інших факторів. Кожна речовина має свою атомну масу. Отже, для однакової кількості атомів, різні речовини матимуть різну масу.

Знову ж таки, скільки атомів осаджується на електродах, також залежить від їхньої валентності. Якщо валентність більша, то для однакової кількості електрики, кількість осаджених атомів буде меншою, тоді як, якщо валентність менша, то для однакової кількості електрики, кількість осаджених атомів буде більшою.

Отже, для однакової кількості електрики або заряду, що проходить через різні електроліти, маса осадженої речовини прямо пропорційна її атомній масі та обернено пропорційна її валентності.

Другий закон Фарадея електролізу стверджує, що, коли одна і та сама кількість електрики проходить через кілька електролітів, маса осаджених речовин пропорційна їхнім хімічним еквівалентам або еквівалентним масам.

Хімічний еквівалент або еквівалентна маса

Хімічний еквівалент або еквівалентна маса речовини може бути визначена за допомогою законів Фарадея електролізу, і вона визначається як маса цієї речовини, яка з'єднається з або відтіснить одиницю маси водню.

Хімічний еквівалент водню, таким чином, є одиницею. Оскільки валентність речовини дорівнює числу атомів водню, які вона може замінити або з якими може з'єднатися, хімічний еквівалент речовини, отже, може бути визначений як співвідношення її атомної маси до її валентності.

Хто винайшов закони Фарадея електролізу?

Закони Фарадея електролізу були опубліковані Майклом Фарадеєм у 1834 році. Майкл Фарадей також був відповідальним

Нагорода