Ang mga batas ng electrolysis ni Faraday

Ang mga batas ng electrolysis ni Faraday ay mga quantitative na relasyon batay sa electrochemical research ni Michael Faraday, na inilathala niya noong 1836.

Tinutukoy ng mga batas na ito ang kaugnayan sa pagitan ng dami ng mga substance na inilabas sa panahon ng electrolysis at ang dami ng kuryenteng dumaan sa electrolyte. Ang mga batas ni Faraday ay dalawa. Sa siyentipikong panitikan at sa mga aklat-aralin, may iba't ibang pormulasyon ng mga batas na ito.

Electrolysis — paglabas mula sa electrolyte ng mga sangkap na bumubuo nito sa panahon ng pagpasa kuryente… Halimbawa, kapag ang isang electric current ay dumaan sa bahagyang acidified na tubig, ang tubig ay nabubulok sa mga bahagi nito — mga gas (oxygen at hydrogen).

Ang dami ng sangkap na inilabas mula sa electrolyte ay proporsyonal sa dami ng kuryenteng dumadaan sa electrolyte, iyon ay, ang produkto ng lakas ng kasalukuyang beses sa oras kung saan ang kasalukuyang daloy na ito. Samakatuwid, ang kababalaghan ng electrolysis ay maaaring magsilbi upang masukat ang lakas ng kasalukuyang at matukoy kasalukuyang mga yunit.

Electrolyte — isang solusyon at sa pangkalahatan ay isang kumplikadong likido na nagsasagawa ng electric current.Sa mga baterya, ang electrolyte ay isang solusyon ng sulfuric acid (sa lead) o isang solusyon ng caustic potash o caustic soda (sa iron-nickel). Sa mga galvanic cell, ang mga solusyon ng anumang mga kemikal na compound (ammonia, tanso sulpate, atbp.) ay nagsisilbi rin bilang isang electrolyte.

Michael Faraday (1791 - 1867)

Michael Faraday (1791 — 1867) — English physicist, tagapagtatag ng modernong doktrina ng electromagnetic phenomena. Sinimulan niya ang kanyang buhay sa pagtatrabaho bilang isang apprentice sa isang bookbinding workshop. Nakatanggap lamang siya ng isang elementarya na edukasyon, ngunit nakapag-iisa na nag-aral ng agham at nagtrabaho bilang isang katulong sa laboratoryo para sa chemist na si Devi, siya ay naging isang mahusay na siyentipiko, isa sa mga pinakadakilang eksperimentong pisiko.

Binuksan ni Farraday kababalaghan ng electromagnetic induction, ang mga batas ng electrolysis, binuo ang doktrina ng electric at magnetic field at inilatag pundasyon ng mga modernong konsepto ng electromagnetic field… Siya ang unang siyentipiko na nagkaroon ng ideya ng vibrational, wave nature ng electromagnetic phenomena.

Ang unang batas ng electrolysis ni Faraday

Ang mass ng isang substance na mamumuo sa isang electrode sa panahon ng electrolysis ay direktang proporsyonal sa dami ng kuryente na inilipat sa electrode na iyon (idinaan sa electrolyte). Ang dami ng kuryente ay tumutukoy sa dami ng singil sa kuryente, kadalasang sinusukat sa mga palawit.

Ang pangalawang batas ng electrolysis ni Faraday

Para sa isang partikular na halaga ng kuryente (electrical charge), ang masa ng isang kemikal na elemento na idedeposito sa isang elektrod sa panahon ng electrolysis ay direktang proporsyonal sa katumbas na masa ng elementong iyon. Ang katumbas na masa ng isang sangkap ay ang molar mass nito na hinati sa isang buong bilang, depende sa kemikal na reaksyon kung saan ang sangkap ay nasasangkot.

O kaya

Ang parehong dami ng kuryente ay humahantong sa pagpapalabas ng mga katumbas na masa ng iba't ibang mga sangkap sa mga electrodes sa panahon ng electrolysis. Upang palayain ang isang nunal ng katumbas ng anumang sangkap, kinakailangan na gumastos ng parehong halaga ng kuryente, katulad ng 96485 C. Ang electrochemical constant na ito ay tinatawag na Numero ng Faraday.

Ang mga batas ni Faraday sa anyong matematikal

• m ay ang masa ng sangkap na idineposito sa elektrod;

• Ang Q ay ang halaga ng kabuuang singil ng kuryente sa mga palawit, na ipinasa sa panahon ng electrolysis;

• F = 96485.33 (83) C / mol — numero ni Faraday;

• M ay ang molar mass ng elemento sa g/mol;

• z — valence number ng mga ions ng isang substance (electrons per ion);

• M / z - katumbas na masa ng sangkap na inilapat sa elektrod.

Inilapat sa unang batas ng electrolysis ng Faraday, ang M, F, at z ay mga pare-pareho, kaya kung mas maraming Q, mas magiging m.

Sa mga tuntunin ng pangalawang batas ng electrolysis ng Faraday, ang Q, F at z ay mga pare-pareho, kaya't mas maraming M / z, mas magiging m.

Para sa direktang kasalukuyang mayroon kami

• n ay ang bilang ng mga moles (dami ng sangkap) na inilabas sa elektrod: n = m / M.

• t ay ang oras ng pagpasa ng direktang kasalukuyang sa pamamagitan ng electrolyte. Para sa alternating current, ang kabuuang singil ay summed sa paglipas ng panahon.

• t ay ang kabuuang oras ng electrolysis.

Isang halimbawa ng paglalapat ng mga batas ni Faraday

Kinakailangang isulat ang equation ng mga proseso ng electrochemical sa cathode at anode sa panahon ng electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng sodium sulfate na may inert anode. Ang solusyon sa problema ay ang mga sumusunod. Sa solusyon, ang sodium sulfate ay maghihiwalay ayon sa sumusunod na pamamaraan:

Ang karaniwang potensyal ng elektrod sa sistemang ito ay ang mga sumusunod:

Ito ay isang mas negatibong potensyal na antas kaysa para sa isang hydrogen electrode sa isang neutral na daluyan (-0.41 V). Samakatuwid, sa negatibong elektrod (cathode), ang electrochemical dissociation ng tubig ay magsisimula sa pagpapalabas ng hydrogen at hydroxide ion ayon sa sumusunod na pamamaraan:

At ang positively charged sodium ions na lumalapit sa negatively charged cathode ay maiipon malapit sa cathode, sa katabing bahagi ng solusyon.

Ang electrochemical oxidation ng tubig ay magaganap sa positibong elektrod (anode), na hahantong sa pagpapakawala ng oxygen, ayon sa sumusunod na pamamaraan:

Sa sistemang ito, ang karaniwang electrode potential ay +1.23 V, na mas mababa sa karaniwang electrode potential na makikita sa sumusunod na system:

Ang mga negatibong sisingilin na sulfate ions na lumilipat patungo sa positibong sisingilin na anode ay maiipon sa espasyo malapit sa anode.