Định luật Điện phân của Faraday – Định luật Thứ nhất và Thứ hai (Phương trình & Định nghĩa)

Electrical4u

Trường dữ liệu: Điện Cơ Bản

China

Luật điện phân của Faraday

Trước khi hiểu luật điện phân của Faraday, chúng ta phải hiểu trước tiên quá trình điện phân của một sunfat kim loại.

Bất cứ khi nào một chất điện ly như sunfat kim loại được pha loãng trong nước, các phân tử của nó sẽ tách thành các ion dương và âm. Các ion dương (hoặc ion kim loại) di chuyển đến điện cực được kết nối với đầu âm cực của pin, nơi các ion dương này lấy electron từ đó, trở thành kim loại nguyên chất nguyên tử và được lắng đọng trên điện cực.

Các ion âm (hoặc ion sulfide) di chuyển đến điện cực được kết nối với đầu dương cực của pin, nơi các ion âm này từ bỏ electron dư thừa của mình và trở thành gốc SO4. Vì SO4 không thể tồn tại ở trạng thái trung tính về điện, nó sẽ tấn công điện cực dương kim loại – tạo thành sunfat kim loại, sẽ lại tan trong nước.

Luật điện phân của Faraday là mối quan hệ định lượng (toán học) mô tả hai hiện tượng trên.

Luật Thứ nhất và Thứ hai của Faraday về Điện phân

Luật Thứ nhất của Faraday về Điện phân

Từ giải thích ngắn gọn trên, rõ ràng rằng dòng điện qua mạch ngoại vi hoàn toàn phụ thuộc vào số electron được chuyển từ điện cực âm hoặc catot đến ion kim loại dương hoặc cation. Nếu cation có hóa trị là hai như Cu++ thì cho mỗi cation, sẽ có hai electron được chuyển từ catot đến cation. Chúng ta biết rằng mỗi electron có điện tích âm -1.602 × 10-19 Coulombs và giả sử là -e. Vậy, cho mỗi nguyên tử Cu lắng đọng trên catot, sẽ có -2.e điện tích được chuyển từ catot đến cation.

Bây giờ, giả sử trong thời gian t, tổng số n nguyên tử đồng được lắng đọng trên catot, do đó, tổng điện tích được chuyển sẽ là -2.n.e Coulombs. Khối lượng m của đồng được lắng đọng hiển nhiên là hàm số của số nguyên tử được lắng đọng. Do đó, có thể kết luận rằng khối lượng đồng được lắng đọng tỷ lệ thuận với lượng điện tích đi qua chất điện ly. Vậy, khối lượng đồng m ∝ Q lượng điện tích đi qua chất điện ly.

Luật Thứ nhất của Faraday về Điện phân nêu rằng sự lắng đọng hóa học do dòng điện đi qua chất điện ly tỷ lệ thuận với lượng điện (coulomb) đi qua nó.

tức là, khối lượng lắng đọng hóa học:

Trong đó, Z là hằng số tỷ lệ và được gọi là tương đương điện hóa của chất.

Nếu đặt Q = 1 coulomb trong phương trình trên, chúng ta sẽ có Z = m, điều này có nghĩa là tương đương điện hóa của bất kỳ chất nào là lượng chất được lắng đọng khi có 1 coulomb đi qua dung dịch của nó. Hằng số tương đương điện hóa thường được biểu thị bằng miligam trên coulomb hoặc kilogram trên coulomb.

Luật Thứ hai của Faraday về Điện phân

Đến nay, chúng ta đã biết rằng khối lượng chất được lắng đọng do điện phân tỷ lệ thuận với lượng điện đi qua chất điện ly. Khối lượng chất được lắng đọng do điện phân không chỉ tỷ lệ thuận với lượng điện đi qua chất điện ly, mà còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác. Mỗi chất sẽ có trọng lượng nguyên tử riêng. Vì vậy, với cùng số lượng nguyên tử, các chất khác nhau sẽ có khối lượng khác nhau.

Lại nữa, số lượng nguyên tử được lắng đọng trên điện cực cũng phụ thuộc vào số hóa trị của chúng. Nếu hóa trị lớn hơn, thì với cùng lượng điện, số lượng nguyên tử được lắng đọng sẽ ít hơn, trong khi nếu hóa trị nhỏ hơn, thì với cùng lượng điện, số lượng nguyên tử được lắng đọng sẽ nhiều hơn.

Vì vậy, cho cùng lượng điện hoặc điện tích đi qua các chất điện ly khác nhau, khối lượng chất được lắng đọng tỷ lệ thuận với trọng lượng nguyên tử và ngược tỷ lệ với hóa trị của nó.

Luật thứ hai của Faraday về điện phân nêu rằng, khi cùng lượng điện đi qua nhiều chất điện ly, khối lượng chất được lắng đọng tỷ lệ thuận với trọng lượng hóa học tương đương hoặc trọng lượng tương đương của chúng.

Trọng lượng hóa học tương đương hoặc trọng lượng tương đương

Trọng lượng hóa học tương đương hoặc trọng lượng tương đương của một chất có thể xác định bằng luật điện phân của Faraday, và được định nghĩa là trọng lượng của chất đó sẽ kết hợp hoặc thay thế cho trọng lượng đơn vị của hidro.

Trọng lượng hóa học tương đương của hidro là 1. Vì hóa trị của một chất bằng số nguyên tử hidro mà nó có thể thay thế hoặc kết hợp, trọng lượng hóa học tương đương của một chất có thể được định nghĩa là tỷ lệ giữa trọng lượng nguyên tử và hóa trị của nó.