Faradays love for elektrolyse

Faradays love for elektrolyse er kvantitative forhold baseret på Michael Faradays elektrokemiske forskning, som han udgav i 1836.

Disse love bestemmer forholdet mellem mængden af ​​frigivne stoffer under elektrolyse og mængden af ​​elektricitet, der passerer gennem elektrolytten. Faradays love er to. I den videnskabelige litteratur og i lærebøger er der forskellige formuleringer af disse love.

Elektrolyse — frigivelse fra elektrolytten af ​​dets bestanddele under passagen elektricitet… For eksempel, når en elektrisk strøm passerer gennem let forsuret vand, nedbrydes vandet i dets bestanddele - gasser (ilt og brint).

Mængden af ​​stof, der frigives fra elektrolytten, er proportional med mængden af ​​elektricitet, der passerer gennem elektrolytten, det vil sige produktet af strømmens styrke gange den tid, hvor denne strøm løber. Derfor kan fænomenet elektrolyse tjene til at måle styrken af ​​strømmen og bestemme nuværende enheder.

Elektrolyt — en opløsning og generelt en kompleks væske, der leder en elektrisk strøm.I batterier er elektrolytten en opløsning af svovlsyre (i bly) eller en opløsning af kaustisk kaliumchlorid eller kaustisk soda (i jern-nikkel). I galvaniske celler tjener opløsninger af kemiske forbindelser (ammoniak, kobbersulfat osv.) også som en elektrolyt.

Michael Faraday (1791-1867)

Michael Faraday (1791 — 1867) - Engelsk fysiker, grundlægger af den moderne doktrin om elektromagnetiske fænomener. Han begyndte sit arbejdsliv som lærling på et bogbinderværksted. Han modtog kun en grunduddannelse, men selvstændigt studerede videnskab og arbejdede som laboratorieassistent for kemikeren Devi, han blev en stor videnskabsmand, en af ​​de største eksperimentelle fysikere.

Farraday åbnede op fænomenet elektromagnetisk induktion, elektrolyselovene, udviklede læren om elektriske og magnetiske felter og lagde grundlaget for moderne elektromagnetiske feltkoncepter... Han var den første videnskabsmand, der fik ideen om den vibrationelle bølgenatur af elektromagnetiske fænomener.

Faradays første lov om elektrolyse

Massen af ​​et stof, der vil præcipitere på en elektrode under elektrolyse, er direkte proportional med mængden af ​​elektricitet, der overføres til den elektrode (passeret gennem elektrolytten). Mængden af ​​elektricitet refererer til mængden af ​​elektrisk ladning, normalt målt i vedhæng.

Faradays anden lov om elektrolyse

For en given mængde elektricitet (elektrisk ladning) er massen af ​​et kemisk grundstof, der vil blive aflejret på en elektrode under elektrolyse, direkte proportional med den ækvivalente masse af dette element. Et stofs ækvivalente masse er dets molære masse divideret med et helt tal, afhængigt af den kemiske reaktion, som stoffet er involveret i.

Eller

Den samme mængde elektricitet fører til frigivelse af ækvivalente masser af forskellige stoffer på elektroderne under elektrolyse. For at frigøre en mol af ækvivalenten af ​​ethvert stof er det nødvendigt at bruge den samme mængde elektricitet, nemlig 96485 C. Denne elektrokemiske konstant kaldes Faraday nummer.

Faradays love i matematisk form

• m er massen af ​​stoffet aflejret på elektroden;

• Q er værdien af ​​den samlede elektriske ladning i vedhængene, der passerer under elektrolyse;

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

• M er grundstoffets molære masse i g/mol;

• z — valensantal af ioner af et stof (elektroner pr. ion);

• M / z — ækvivalent masse af stoffet påført elektroden.

Anvendt på Faradays første lov om elektrolyse er M, F og z konstanter, så jo mere Q, jo mere vil m være.

Med hensyn til Faradays anden lov om elektrolyse er Q, F og z konstanter, så jo mere M/z, jo mere vil m være.

Til jævnstrøm har vi

• n er antallet af mol (mængden af ​​stof) frigivet på elektroden: n = m / M.

• t er tidspunktet for passage af jævnstrøm gennem elektrolytten. For vekselstrøm summeres den samlede ladning over tid.

• t er den samlede elektrolysetid.

Et eksempel på anvendelse af Faradays love

Det er nødvendigt at skrive ligningen for de elektrokemiske processer ved katoden og anoden under elektrolysen af ​​en vandig opløsning af natriumsulfat med en inert anode. Løsningen på problemet vil være følgende. I opløsning vil natriumsulfat dissociere i henhold til følgende skema:

Standardelektrodepotentialet i dette system er som følger:

Dette er et meget mere negativt potentialeniveau end for en brintelektrode i et neutralt medium (-0,41 V). Derfor vil den elektrokemiske dissociation af vand på den negative elektrode (katode) begynde med frigivelsen af ​​hydrogen og hydroxidion i henhold til følgende skema:

Og de positivt ladede natriumioner, der nærmer sig den negativt ladede katode, vil akkumulere nær katoden i den tilstødende del af opløsningen.

Elektrokemisk oxidation af vand vil forekomme på den positive elektrode (anode), hvilket vil føre til frigivelse af ilt i henhold til følgende skema:

I dette system er standardelektrodepotentialet +1,23 V, hvilket er et godt stykke under standardelektrodepotentialet, der findes i følgende system:

Negativt ladede sulfationer, der bevæger sig mod den positivt ladede anode, vil akkumulere i rummet nær anoden.