Faradayevi zakoni elektrolize

Faradayevi zakoni elektrolize so kvantitativna razmerja, ki temeljijo na elektrokemičnih raziskavah Michaela Faradaya, ki jih je objavil leta 1836.

Ti zakoni določajo razmerje med količino sproščenih snovi med elektrolizo in količino električne energije, ki je prešla skozi elektrolit. Faradayeva zakona sta dva. V znanstveni literaturi in učbenikih obstajajo različne formulacije teh zakonov.

elektroliza — sproščanje njegovih sestavnih snovi iz elektrolita med prehodom elektrika… Na primer, ko gre električni tok skozi rahlo nakisano vodo, se voda razgradi na sestavne dele — pline (kisik in vodik).

Količina snovi, ki se sprosti iz elektrolita, je sorazmerna s količino električne energije, ki prehaja skozi elektrolit, to je zmnožek jakosti toka in časa, v katerem ta tok teče. Zato lahko pojav elektrolize služi za merjenje jakosti toka in določanje trenutne enote.

elektrolit — raztopina in na splošno kompleksna tekočina, ki prevaja električni tok.V baterijah je elektrolit raztopina žveplove kisline (v svincu) ali raztopina kavstične pepelike ali kavstične sode (v železo-niklju). V galvanskih celicah kot elektrolit služijo tudi raztopine kakršnih koli kemičnih spojin (amoniak, bakrov sulfat itd.).

Michael Faraday (1791 - 1867)

Michael Faraday (1791-1867) - angleški fizik, utemeljitelj moderne doktrine elektromagnetnih pojavov. Svojo delovno dobo je začel kot vajenec v knjigoveški delavnici. Prejel je le osnovno izobrazbo, a je samostojno študiral naravoslovje in delal kot laborant pri kemiku Deviju, postal je velik znanstvenik, eden največjih eksperimentalnih fizikov.

Farraday se je odprl pojav elektromagnetne indukcije, zakone elektrolize, razvil nauk o električnih in magnetnih poljih ter postavil temelje sodobnih konceptov elektromagnetnega polja… Bil je prvi znanstvenik, ki je imel idejo o vibracijski, valovni naravi elektromagnetnih pojavov.

Faradayev prvi zakon elektrolize

Masa snovi, ki se bo med elektrolizo oborila na elektrodi, je neposredno sorazmerna s količino električne energije, ki se prenese na to elektrodo (skozi elektrolit). Količina električne energije se nanaša na količino električnega naboja, ki se običajno meri v obeskih.

Faradayev drugi zakon elektrolize

Za določeno količino elektrike (električnega naboja) je masa kemičnega elementa, ki se bo med elektrolizo naložila na elektrodo, premo sorazmerna z ekvivalentno maso tega elementa. Ekvivalentna masa snovi je njena molska masa, deljena s celim številom, odvisno od kemijske reakcije, v kateri je snov udeležena.

oz

Enaka količina električne energije vodi do sproščanja enakih mas različnih snovi na elektrodah med elektrolizo. Za sprostitev enega mola ekvivalenta katerekoli snovi je treba porabiti enako količino električne energije, in sicer 96485 C. To elektrokemijsko konstanto imenujemo Faradayevo število.

Faradayevi zakoni v matematični obliki

• m je masa snovi, ki se nanese na elektrodo;

• Q je vrednost celotnega električnega naboja v obeskih, ki je prešel med elektrolizo;

• F = 96485,33 (83) C / mol — Faradayevo število;

• M je molska masa elementa v g/mol;

• z — valenčno število ionov snovi (elektronov na ion);

• M / z - ekvivalentna masa snovi, ki se nanese na elektrodo.

Če uporabimo Faradayev prvi zakon elektrolize, so M, F in z konstante, tako da več kot je Q, več bo m.

V smislu Faradayevega drugega zakona elektrolize so Q, F in z konstante, tako da več ko je M / z, več bo m.

Za enosmerni tok imamo

• n je število molov (količina snovi), ki se sprosti na elektrodi: n = m / M.

• t je čas prehoda enosmernega toka skozi elektrolit. Za izmenični tok se skupni naboj sešteje skozi čas.

• t je skupni čas elektrolize.

Primer uporabe Faradayevih zakonov

Treba je napisati enačbo elektrokemijskih procesov na katodi in anodi med elektrolizo vodne raztopine natrijevega sulfata z inertno anodo. Rešitev problema bo naslednja. V raztopini bo natrijev sulfat disociiral po naslednji shemi:

Standardni potencial elektrode v tem sistemu je naslednji:

To je veliko bolj negativen nivo potenciala kot za vodikovo elektrodo v nevtralnem mediju (-0,41 V). Zato se bo na negativni elektrodi (katodi) elektrokemična disociacija vode začela s sproščanjem vodikovega in hidroksidnega iona po naslednji shemi:

In pozitivno nabiti natrijevi ioni, ki se približujejo negativno nabiti katodi, se bodo kopičili v bližini katode, v sosednjem delu raztopine.

Na pozitivni elektrodi (anodi) bo prišlo do elektrokemične oksidacije vode, kar bo povzročilo sproščanje kisika po naslednji shemi:

V tem sistemu je standardni potencial elektrode +1,23 V, kar je precej pod standardnim potencialom elektrode v naslednjem sistemu:

Negativno nabiti sulfatni ioni, ki se premikajo proti pozitivno nabiti anodi, se bodo kopičili v prostoru blizu anode.