Faraday elektrolüüsi seadused

Faraday elektrolüüsiseadused on kvantitatiivsed seosed, mis põhinevad Michael Faraday elektrokeemilistel uuringutel, mille ta avaldas 1836. aastal.

Need seadused määravad eralduvate ainete hulga vahelise seose elektrolüüsi ajal ja elektrolüüdi läbinud elektrienergia hulk. Faraday seadusi on kaks. Teaduskirjanduses ja õpikutes on nendest seadustest erinevaid sõnastusi.

Elektrolüüs — selle koostisainete elektrolüüdist vabanemine läbimise ajal elektrit… Näiteks kui elektrivool läbib kergelt hapendatud vett, laguneb vesi selle koostisosadeks – gaasideks (hapnik ja vesinik).

Elektrolüüdist vabaneva aine kogus on võrdeline elektrolüüti läbiva elektrienergia kogusega, st voolu tugevuse korrutis vooluga, mille jooksul see vool voolab. Seetõttu saab elektrolüüsi nähtust kasutada voolu tugevuse mõõtmiseks ja määramiseks praegused ühikud.

Elektrolüüt — lahus ja üldiselt kompleksvedelik, mis juhib elektrivoolu.Akudes on elektrolüüdiks väävelhappe lahus (pliis) või kaustilise kaaliumkloriidi või seebikivi lahus (raud-niklis). Galvaanilistes elementides toimivad elektrolüüdina ka mis tahes keemiliste ühendite (ammoniaak, vasksulfaat jne) lahused.

Michael Faraday (1791-1867)

Michael Faraday (1791—1867) — inglise füüsik, kaasaegse elektromagnetnähtuste õpetuse rajaja. Oma tööelu alustas ta õpipoisina köitetöökojas. Ta sai ainult alghariduse, kuid õppis iseseisvalt loodusteadusi ja töötas keemik Devi laborandina, temast sai suurepärane teadlane, üks suurimaid eksperimentaalfüüsikuid.

Farraday avanes elektromagnetilise induktsiooni nähtus, elektrolüüsi seadusi, töötas välja elektri- ja magnetvälja õpetuse ning pani kaasaegsete elektromagnetvälja kontseptsioonide alused… Ta oli esimene teadlane, kellel oli idee elektromagnetiliste nähtuste vibratsioonilisest ja lainelisest olemusest.

Faraday esimene elektrolüüsi seadus

Elektrolüüsi käigus elektroodile sadestuva aine mass on otseselt võrdeline sellele elektroodile (läbi elektrolüüdi läbinud) elektrienergia kogusega. Elektrienergia hulk viitab elektrilaengu kogusele, mida tavaliselt mõõdetakse ripatsites.

Faraday elektrolüüsi teine ​​seadus

Teatud elektrikoguse (elektrilaeng) korral on elektrolüüsi käigus elektroodile sadestunud keemilise elemendi mass otseselt võrdeline selle elemendi ekvivalentmassiga. Aine ekvivalentmass on selle molaarmass jagatud täisarvuga, olenevalt keemilisest reaktsioonist, milles aine osaleb.

Või

Sama kogus elektrit põhjustab elektrolüüsi käigus erinevate ainete samaväärse massi vabanemise elektroodidele. Mis tahes aine ühe mooli ekvivalendi vabastamiseks on vaja kulutada sama palju elektrit, nimelt 96485 C. Seda elektrokeemilist konstanti nimetatakse nn. Faraday number.

Faraday seadused matemaatilisel kujul

• m on elektroodile sadestunud aine mass;

• Q on elektrolüüsi käigus läbitud ripatsite elektrilaengu koguväärtus;

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

• M on elemendi molaarmass g/mol;

• z — aine ioonide valentsarv (elektrone iooni kohta);

• M / z — elektroodile kantud aine ekvivalentmass.

Rakendades Faraday esimesele elektrolüüsi seadusele, on M, F ja z konstandid, nii et mida rohkem Q, seda rohkem on m.

Faraday teise elektrolüüsi seaduse järgi on Q, F ja z konstandid, nii et mida rohkem M / z, seda rohkem on m.

Alalisvoolu jaoks on meil olemas

• n on elektroodil vabanenud moolide arv (aine kogus): n = m / M.

• t on aeg, mil alalisvool läbib elektrolüüdi. Vahelduvvoolu korral summeeritakse kogulaeng aja jooksul.

• t on elektrolüüsi koguaeg.

Näide Faraday seaduste rakendamisest

Naatriumsulfaadi vesilahuse elektrolüüsil inertse anoodiga on vaja kirjutada katoodil ja anoodil toimuvate elektrokeemiliste protsesside võrrand. Probleemi lahendus on järgmine. Lahuses dissotsieerub naatriumsulfaat vastavalt järgmisele skeemile:

Selle süsteemi elektroodi standardpotentsiaal on järgmine:

See on palju negatiivsem potentsiaali tase kui neutraalses keskkonnas (-0,41 V) vesinikelektroodil. Seetõttu algab negatiivsel elektroodil (katoodil) vee elektrokeemiline dissotsiatsioon vesiniku ja hüdroksiidioonide vabanemisega vastavalt järgmisele skeemile:

Ja positiivselt laetud naatriumiioonid, mis lähenevad negatiivselt laetud katoodile, kogunevad katoodi lähedale, lahuse külgnevasse ossa.

Positiivsel elektroodil (anoodil) toimub vee elektrokeemiline oksüdatsioon, mis viib hapniku vabanemiseni vastavalt järgmisele skeemile:

Selles süsteemis on elektroodi standardpotentsiaal +1,23 V, mis on tunduvalt madalam järgmises süsteemis leiduvast standardsest elektroodipotentsiaalist:

Positiivselt laetud anoodi poole liikuvad negatiivselt laetud sulfaadiioonid kogunevad anoodi lähedusse.