Faradayn elektrolyysin lait

Faradayn elektrolyysin lait ovat kvantitatiivisia suhteita, jotka perustuvat Michael Faradayn sähkökemialliseen tutkimukseen, jonka hän julkaisi vuonna 1836.

Nämä lait määräävät vapautuneiden aineiden määrän välisen suhteen elektrolyysin aikana ja elektrolyytin läpi kulkevan sähkön määrä. Faradayn lakeja on kaksi. Tieteellisessä kirjallisuudessa ja oppikirjoissa näistä laeista on erilaisia ​​muotoiluja.

Elektrolyysi — sen sisältämien aineiden vapautuminen elektrolyytistä läpikulun aikana sähköä… Esimerkiksi kun sähkövirta kulkee lievästi happaman veden läpi, vesi hajoaa osiinsa - kaasuiksi (happi ja vety).

Elektrolyytistä vapautuvan aineen määrä on verrannollinen elektrolyytin läpi kulkevan sähkön määrään, eli virran voimakkuuden tulo kertaa ajan, jonka aikana tämä virta kulkee. Siksi elektrolyysiilmiö voi toimia virran voimakkuuden mittaamisessa ja määrittämisessä nykyiset yksiköt.

Elektrolyytti — liuos ja yleensä monimutkainen neste, joka johtaa sähkövirtaa.Akuissa elektrolyytti on rikkihapon liuos (lyijyssä) tai kaustisen potaskan tai kaustisen soodan liuos (rauta-nikkelissä). Galvaanikennoissa minkä tahansa kemiallisen yhdisteen liuokset (ammoniakki, kuparisulfaatti jne.) toimivat myös elektrolyyttinä.

Michael Faraday (1791-1867)

Michael Faraday (1791 - 1867) - Englantilainen fyysikko, sähkömagneettisia ilmiöitä koskevan modernin opin perustaja. Hän aloitti työuransa oppipoikana kirjansidontapajassa. Hän sai vain peruskoulutuksen, mutta opiskeli itsenäisesti tiedettä ja työskenteli kemisti Devin laboratorioavustajana, hänestä tuli suuri tiedemies, yksi suurimmista kokeellisista fyysikoista.

Farraday avautui sähkömagneettisen induktion ilmiö, elektrolyysin lait, kehitti opin sähkö- ja magneettikentistä ja asetti nykyaikaisen sähkömagneettisen kentän käsitteen perusta… Hän oli ensimmäinen tiedemies, jolla oli käsitys sähkömagneettisten ilmiöiden värähtely- ja aaltoluonteesta.

Faradayn ensimmäinen elektrolyysin laki

Elektrodille elektrolyysin aikana saostuvan aineen massa on suoraan verrannollinen kyseiselle elektrodille siirretyn (elektrolyytin läpi kulkevan) sähkön määrään. Sähkön määrällä tarkoitetaan sähkövarauksen määrää, joka mitataan yleensä riipuksilla.

Faradayn elektrolyysin toinen laki

Tietyllä määrällä sähköä (sähkövaraus) elektrodille elektrolyysin aikana kertyneen kemiallisen alkuaineen massa on suoraan verrannollinen kyseisen elementin ekvivalenttiseen massaan. Aineen ekvivalenttimassa on sen moolimassa jaettuna kokonaisluvulla riippuen kemiallisesta reaktiosta, johon aine osallistuu.

Tai

Sama määrä sähköä johtaa siihen, että elektrolyysin aikana vapautuu vastaavia massoja eri aineita elektrodeille. Minkä tahansa aineen ekvivalenttimoolin vapauttamiseksi on kulutettava sama määrä sähköä, nimittäin 96485 C. Tätä sähkökemiallista vakiota kutsutaan ns. Faradayn numero.

Faradayn lait matemaattisessa muodossa

• m on elektrodille kerrostetun aineen massa;

• Q on riipuksissa olevan elektrolyysin aikana kulkeutuneen kokonaissähkövarauksen arvo;

• F = 96485,33 (83) C / mol - Faradayn luku;

• M on alkuaineen moolimassa g/mol;

• z — aineen ionien valenssiluku (elektroneja ionia kohti);

• M / z — elektrodille levitetyn aineen ekvivalenttimassa.

Faradayn ensimmäiseen elektrolyysin lakiin sovellettaessa M, F ja z ovat vakioita, joten mitä enemmän Q, sitä enemmän m on.

Faradayn elektrolyysin toisessa laissa Q, F ja z ovat vakioita, joten mitä enemmän M / z, sitä enemmän m on.

Tasavirtaa varten meillä on

• n on elektrodille vapautuneiden moolien lukumäärä (aineen määrä): n = m / M.

• t on aika, jolloin tasavirta kulkee elektrolyytin läpi. Vaihtovirralla kokonaisvaraus summataan ajan mukaan.

• t on elektrolyysin kokonaisaika.

Esimerkki Faradayn lakien soveltamisesta

On tarpeen kirjoittaa sähkökemiallisten prosessien yhtälö katodilla ja anodilla natriumsulfaatin vesiliuoksen elektrolyysin aikana inertillä anodilla. Ratkaisu ongelmaan on seuraava. Liuoksessa natriumsulfaatti hajoaa seuraavan kaavion mukaisesti:

Tämän järjestelmän standardi elektrodipotentiaali on seuraava:

Tämä on paljon negatiivisempi potentiaalitaso kuin vetyelektrodilla neutraalissa väliaineessa (-0,41 V). Siksi negatiivisella elektrodilla (katodilla) veden sähkökemiallinen dissosiaatio alkaa vedyn ja hydroksidi-ionin vapautumisesta seuraavan kaavion mukaisesti:

Ja positiivisesti varautuneet natriumionit, jotka lähestyvät negatiivisesti varautunutta katodia, kerääntyvät lähelle katodia, liuoksen viereiseen osaan.

Veden sähkökemiallinen hapettuminen tapahtuu positiivisella elektrodilla (anodilla), mikä johtaa hapen vapautumiseen seuraavan kaavion mukaisesti:

Tässä järjestelmässä standardielektrodipotentiaali on +1,23 V, mikä on selvästi alle seuraavan järjestelmän standardielektrodipotentiaalin:

Positiivisesti varautunutta anodia kohti liikkuvat negatiivisesti varautuneet sulfaatti-ionit kerääntyvät anodin lähellä olevaan tilaan.