Legile lui Faraday ale electrolizei

Legile lui Faraday ale electrolizei sunt relații cantitative bazate pe cercetările electrochimice ale lui Michael Faraday, pe care le-a publicat în 1836.

Aceste legi determină relația dintre cantitatea de substanțe eliberate în timpul electrolizei și cantitatea de electricitate trecută prin electrolit. Legile lui Faraday sunt două. În literatura științifică și în manuale, există diferite formulări ale acestor legi.

Electroliză — eliberarea din electrolit a substanțelor sale constitutive în timpul trecerii electricitate… De exemplu, atunci când un curent electric trece prin apă ușor acidificată, apa se descompune în părțile sale componente - gaze (oxigen și hidrogen).

Cantitatea de substanță eliberată din electrolit este proporțională cu cantitatea de electricitate care trece prin electrolit, adică produsul dintre puterea curentului înmulțit cu timpul în care circulă acest curent. Prin urmare, fenomenul de electroliză poate servi pentru a măsura puterea curentului și a determina unități curente.

Electrolit — o soluție și, în general, un lichid complex care conduce un curent electric.În baterii, electrolitul este o soluție de acid sulfuric (în plumb) sau o soluție de potasiu caustic sau sodă caustică (în fier-nichel). În celulele galvanice, soluțiile oricăror compuși chimici (amoniac, sulfat de cupru etc.) servesc și ca electrolit.

Michael Faraday (1791 - 1867)

Michael Faraday (1791 — 1867) — fizician englez, fondator al doctrinei moderne a fenomenelor electromagnetice. Și-a început viața profesională ca ucenic într-un atelier de legătorie. A primit doar o educație elementară, dar a studiat independent știința și a lucrat ca asistent de laborator pentru chimistul Devi, a devenit un mare om de știință, unul dintre cei mai mari fizicieni experimentali.

Farraday se deschise fenomen de inducție electromagnetică, legile electrolizei, au dezvoltat doctrina câmpurilor electrice și magnetice și au pus fundamentele conceptelor moderne de câmp electromagnetic… El a fost primul om de știință care a avut ideea naturii vibraționale, ondulatorii, a fenomenelor electromagnetice.

Prima lege a electrolizei a lui Faraday

Masa unei substanțe care va precipita pe un electrod în timpul electrolizei este direct proporțională cu cantitatea de electricitate transferată către acel electrod (trecută prin electrolit). Cantitatea de electricitate se referă la cantitatea de sarcină electrică, măsurată de obicei în pandantive.

A doua lege a electrolizei a lui Faraday

Pentru o anumită cantitate de electricitate (sarcină electrică), masa unui element chimic care va fi depus pe un electrod în timpul electrolizei este direct proporțională cu masa echivalentă a acelui element. Masa echivalentă a unei substanțe este masa sa molară împărțită la un număr întreg, în funcție de reacția chimică în care este implicată substanța.

Sau

Aceeași cantitate de electricitate duce la eliberarea de mase echivalente de diferite substanțe pe electrozi în timpul electrolizei. Pentru a elibera un mol din echivalentul oricărei substanțe, este necesar să cheltuiți aceeași cantitate de electricitate, și anume 96485 C. Această constantă electrochimică se numește Numărul Faraday.

Legile lui Faraday în formă matematică

• m este masa substanței depuse pe electrod;

• Q este valoarea sarcinii electrice totale din pandantive, transmisă în timpul electrolizei;

• F = 96485,33 (83) C / mol — numărul lui Faraday;

• M este masa molară a elementului în g/mol;

• z — numărul de valență al ionilor unei substanțe (electroni per ion);

• M / z — masa echivalentă a substanței aplicate electrodului.

Aplicate la prima lege a electrolizei a lui Faraday, M, F și z sunt constante, deci cu cât mai mult Q, cu atât m va fi mai mult.

În ceea ce privește a doua lege a electrolizei a lui Faraday, Q, F și z sunt constante, deci cu cât mai mult M / z, cu atât m va fi mai mult.

Pentru curent continuu avem

• n este numărul de moli (cantitatea de substanță) eliberați pe electrod: n = m / M.

• t este timpul de trecere a curentului continuu prin electrolit. Pentru curentul alternativ, sarcina totală se însumează în timp.

• t este timpul total de electroliză.

Un exemplu de aplicare a legilor lui Faraday

Este necesar să scrieți ecuația proceselor electrochimice la catod și anod în timpul electrolizei unei soluții apoase de sulfat de sodiu cu un anod inert. Soluția problemei va fi următoarea. În soluție, sulfatul de sodiu se va disocia conform următoarei scheme:

Potențialul standard al electrodului în acest sistem este următorul:

Acesta este un nivel de potențial mult mai negativ decât pentru un electrod de hidrogen într-un mediu neutru (-0,41 V). Prin urmare, pe electrodul negativ (catod), disocierea electrochimică a apei va începe cu eliberarea de hidrogen și ion hidroxid conform următoarei scheme:

Și ionii de sodiu încărcați pozitiv care se apropie de catodul încărcat negativ se vor acumula în apropierea catodului, în partea adiacentă a soluției.

Oxidarea electrochimică a apei va avea loc pe electrodul pozitiv (anod), ceea ce va duce la eliberarea de oxigen, conform următoarei scheme:

În acest sistem, potențialul standard al electrodului este de +1,23 V, ceea ce este cu mult sub potențialul standard al electrodului găsit în următorul sistem:

Ionii sulfat încărcați negativ care se deplasează spre anodul încărcat pozitiv se vor acumula în spațiul din apropierea anodului.