Faradays lagar för elektrolys

Faradays lagar för elektrolys är kvantitativa samband baserade på Michael Faradays elektrokemiska forskning, som han publicerade 1836.

Dessa lagar bestämmer förhållandet mellan mängden ämnen som frigörs under elektrolys och mängden elektricitet som passerar genom elektrolyten. Faradays lagar är två. I den vetenskapliga litteraturen och i läroböcker finns olika formuleringar av dessa lagar.

Elektrolys — frigöring från elektrolyten av dess ingående ämnen under passagen elektricitet… Till exempel, när en elektrisk ström passerar genom svagt försurat vatten, sönderdelas vattnet i sina beståndsdelar – gaser (syre och väte).

Mängden ämne som frigörs från elektrolyten är proportionell mot mängden elektricitet som passerar genom elektrolyten, det vill säga produkten av strömstyrkan gånger tiden under vilken denna ström flyter. Därför kan fenomenet elektrolys tjäna till att mäta strömstyrkan och bestämma nuvarande enheter.

Elektrolyt — en lösning och i allmänhet en komplex vätska som leder en elektrisk ström.I batterier är elektrolyten en lösning av svavelsyra (i bly) eller en lösning av kaustikkali eller kaustiksoda (i järn-nickel). I galvaniska celler fungerar lösningar av alla kemiska föreningar (ammoniak, kopparsulfat, etc.) också som en elektrolyt.

Michael Faraday (1791 - 1867)

Michael Faraday (1791 — 1867) — engelsk fysiker, grundare av den moderna läran om elektromagnetiska fenomen. Han började sitt yrkesliv som lärling på en bokbinderiverkstad. Han fick bara en grundutbildning, men självständigt studerade vetenskap och arbetade som laboratorieassistent för kemisten Devi, han blev en stor vetenskapsman, en av de största experimentella fysikerna.

Farraday öppnade upp fenomenet elektromagnetisk induktion, elektrolysens lagar, utvecklade läran om elektriska och magnetiska fält och lade grunderna för moderna elektromagnetiska fältkoncept... Han var den första vetenskapsmannen som fick idén om elektromagnetiska fenomens vibrationella vågnatur.

Faradays första lag för elektrolys

Massan av ett ämne som kommer att fällas ut på en elektrod under elektrolys är direkt proportionell mot mängden elektricitet som överförs till den elektroden (passeras genom elektrolyten). Mängden elektricitet hänvisar till mängden elektrisk laddning, vanligtvis mätt i hängen.

Faradays andra lag för elektrolys

För en given mängd elektricitet (elektrisk laddning) är massan av ett kemiskt element som kommer att avsättas på en elektrod under elektrolys direkt proportionell mot den ekvivalenta massan av det elementet. Ekvivalentmassan av ett ämne är dess molära massa dividerat med ett heltal, beroende på den kemiska reaktion som ämnet är inblandat i.

Eller

Samma mängd elektricitet leder till att likvärdiga massor av olika ämnen frigörs på elektroderna under elektrolys. För att frigöra en mol av motsvarigheten till något ämne är det nödvändigt att spendera samma mängd elektricitet, nämligen 96485 C. Denna elektrokemiska konstant kallas Faraday nummer.

Faradays lagar i matematisk form

• m är massan av ämnet avsatt på elektroden;

• Q är värdet av den totala elektriska laddningen i hängen, som passerar under elektrolys;

• F = 96485,33 (83) C / mol — Faradays tal;

• M är grundämnets molära massa i g/mol;

• z — valenstalet för joner av ett ämne (elektroner per jon);

• M/z — ekvivalent massa av ämnet som appliceras på elektroden.

Tillämpade på Faradays första elektrolyslag är M, F och z konstanter, så ju mer Q, desto mer blir m.

När det gäller Faradays andra lag för elektrolys är Q, F och z konstanter, så ju mer M/z, desto mer blir m.

För likström har vi

• n är antalet mol (mängd ämne) som frigörs på elektroden: n = m / M.

• t är tiden för passage av likström genom elektrolyten. För växelström summeras den totala laddningen över tiden.

• t är den totala elektrolystiden.

Ett exempel på att tillämpa Faradays lagar

Det är nödvändigt att skriva ekvationen för de elektrokemiska processerna vid katoden och anoden under elektrolysen av en vattenlösning av natriumsulfat med en inert anod. Lösningen på problemet blir följande. I lösning kommer natriumsulfat att dissociera enligt följande schema:

Standardelektrodpotentialen i detta system är som följer:

Detta är en mycket mer negativ potentialnivå än för en väteelektrod i ett neutralt medium (-0,41 V). Därför, på den negativa elektroden (katoden), kommer den elektrokemiska dissociationen av vatten att börja med frisättningen av väte och hydroxidjon enligt följande schema:

Och de positivt laddade natriumjonerna som närmar sig den negativt laddade katoden kommer att ackumuleras nära katoden, i den intilliggande delen av lösningen.

Elektrokemisk oxidation av vatten kommer att ske på den positiva elektroden (anod), vilket kommer att leda till frisättning av syre, enligt följande schema:

I detta system är standardelektrodpotentialen +1,23 V, vilket är långt under standardelektrodpotentialen som finns i följande system:

Negativt laddade sulfatjoner som rör sig mot den positivt laddade anoden kommer att ackumuleras i utrymmet nära anoden.