Faraday elektrolízis törvényei

Faraday elektrolízistörvényei Michael Faraday elektrokémiai kutatásán alapuló kvantitatív összefüggések, amelyeket 1836-ban publikált.

Ezek a törvények határozzák meg a felszabaduló anyagok mennyisége közötti kapcsolatot elektrolízis során és az elektroliton áthaladó elektromosság mennyisége. Faraday törvénye kettő. A tudományos irodalomban és a tankönyvekben ezeknek a törvényeknek különböző megfogalmazásai vannak.

Elektrolízis — az elektrolitból az alkotó anyagok kibocsátása az áthaladás során elektromosság… Például, amikor elektromos áram enyhén savanyított vízen halad át, a víz alkatrészeire – gázokra (oxigénre és hidrogénre) – bomlik.

Az elektrolitból felszabaduló anyag mennyisége arányos az elektroliton áthaladó elektromosság mennyiségével, vagyis az áramerősség szorzata az áram folyási idejével. Ezért az elektrolízis jelensége szolgálhat az áramerősség mérésére és meghatározására aktuális mértékegységek.

Elektrolit — oldat és általában összetett folyadék, amely elektromos áramot vezet.Az akkumulátorokban az elektrolit kénsav oldata (ólomban), vagy maró-kálium-oldat vagy nátronlúg (vas-nikkelben). A galvánelemekben bármilyen kémiai vegyület oldata (ammónia, réz-szulfát stb.) elektrolitként is szolgál.

Michael Faraday (1791-1867)

Michael Faraday (1791-1867) – angol fizikus, az elektromágneses jelenségek modern tanának megalapítója. Munkás életét egy könyvkötő műhelyben kezdte tanítványként. Csak alapfokú oktatásban részesült, de önállóan tudományt tanult, és a kémikus Devi laboránsaként dolgozott, nagy tudós lett, az egyik legnagyobb kísérleti fizikus.

Farraday megnyílt elektromágneses indukció jelensége, az elektrolízis törvényei, kidolgozta az elektromos és mágneses mezők tanát és lefektette a modern elektromágneses térfogalmak alapjai… Ő volt az első tudós, akinek az ötlete volt az elektromágneses jelenségek rezgési, hullámos természetéről.

Faraday elektrolízis első törvénye

Az elektrolízis során az elektródán kicsapódó anyag tömege egyenesen arányos az adott elektródára átadott (az elektroliton áthaladó) elektromosság mennyiségével. Az elektromosság mennyisége az elektromos töltés mennyiségére vonatkozik, amelyet általában medálokban mérnek.

Faraday elektrolízis második törvénye

Adott mennyiségű elektromosság (elektromos töltés) esetén egy kémiai elem tömege, amely az elektrolízis során az elektródára kerül, egyenesen arányos az adott elem egyenértékű tömegével. Egy anyag ekvivalens tömege a moláris tömege osztva egy egész számmal, attól függően, hogy az anyag milyen kémiai reakcióban vesz részt.

Vagy

Ugyanaz a villamos energia egyenértékű tömegű különböző anyagok felszabadulásához vezet az elektródákon az elektrolízis során. Bármely anyag egy mól ekvivalensének felszabadításához ugyanannyi elektromosságot, nevezetesen 96485 C-ot kell elkölteni. Ezt az elektrokémiai állandót ún. Faraday szám.

Faraday törvényei matematikai formában

• m az elektródán lerakódott anyag tömege;

• Q a medálokban az elektrolízis során áthaladó teljes elektromos töltés értéke;

• F = 96485,33 (83) C / mol – Faraday-szám;

• M az elem moláris tömege g/mol-ban;

• z — egy anyag ionjainak vegyértékszáma (elektron/ion);

• M / z - az elektródára felvitt anyag egyenértékű tömege.

Faraday elektrolízis első törvényére alkalmazva M, F és z állandók, tehát minél több Q, annál több m lesz.

A Faraday-féle elektrolízis második törvénye értelmében Q, F és z állandók, tehát minél több M / z, annál több m lesz.

Egyenáramhoz van

• n az elektródán felszabaduló mólok (anyagmennyiség) száma: n = m / M.

• t az egyenáram elektroliton való áthaladásának ideje. Váltakozó áram esetén a teljes töltés összege az idő függvényében történik.

• t a teljes elektrolízis ideje.

Példa a Faraday-törvények alkalmazására

A nátrium-szulfát vizes oldatának inert anóddal végzett elektrolízise során fel kell írni az elektrokémiai folyamatok egyenletét a katódon és az anódon. A probléma megoldása a következő lesz. Az oldatban a nátrium-szulfát a következő séma szerint disszociál:

A szabványos elektródapotenciál ebben a rendszerben a következő:

Ez sokkal negatívabb potenciálszint, mint egy semleges közegben (-0,41 V) lévő hidrogénelektróda esetén. Ezért a negatív elektródán (katódon) a víz elektrokémiai disszociációja a hidrogén és a hidroxidion felszabadulásával kezdődik a következő séma szerint:

A negatív töltésű katódhoz közeledő pozitív töltésű nátriumionok pedig a katód közelében, az oldat szomszédos részében halmozódnak fel.

A pozitív elektródán (anódon) a víz elektrokémiai oxidációja következik be, ami oxigén felszabadulásához vezet, a következő séma szerint:

Ebben a rendszerben a standard elektródpotenciál +1,23 V, ami jóval alatta marad a következő rendszerben található standard elektródpotenciálnak:

A pozitív töltésű anód felé mozgó negatív töltésű szulfátionok felhalmozódnak az anód közelében lévő térben.