В 1836 году Майкл Фарадей опубликовал математически полученные количественные свойства электролиза. Обнаруженные зависимости между количеством электричества, проходящего через электролит, и количеством выделившегося вещества впоследствии были названы законами электролиза Фарадея.
Первый закон
Если пропустить электрический ток через раствор медного купороса в течение определенного времени, на катоде выделится небольшое количество меди. Но если использовать более высокий ток, на катоде за тот же период времени образуется большее количество меди. С увеличением времени и той же силой тока увеличивается и количество меди.
Фарадей установил связь между массой вещества, силой тока и временем. Математически эта связь выражается следующим образом:
где:
- m – масса вещества;
- к — электрохимический эквивалент;
- I – сила тока;
- т – время.
Электрохимический эквивалент — это масса вещества, образующаяся при прохождении через электролит тока силой 1 А за одну секунду. Выражается как отношение массы вещества к количеству электричества или г/С.
Произведение тока и времени выражает количество электричества: q = It. Это электрический заряд, измеряемый в кулонах (один ампер в секунду). Электрический заряд отражает способность организма быть источником электромагнитного поля и участвовать в электромагнитном взаимодействии.
Следовательно, уравнение Фарадея принимает вид:
Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству электрического тока, пропущенного через электролит.
Второй закон
Фарадей, пропуская электрический ток одинаковой силы через разные электролиты, заметил, что массы веществ на электродах неодинаковы. Взвесив выделившиеся вещества, Фарадей пришел к выводу, что вес зависит от химической природы вещества. На каждый грамм выделившегося водорода приходилось, например, 107,9 г серебра, 31,8 г меди, 29,35 г никеля.
На основании полученных данных Фарадей вывел второй закон электролиза: при определенном количестве электричества масса химического элемента, образующегося на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Она равна массе эквивалента — количеству вещества, которое вступает в реакцию или заменяет 1 моль атомов водорода в химических реакциях:
где:
- μ — молярная масса вещества;
- z — число электронов на ион (валентное число ионов).
Для выделения одного мольного эквивалента затрачивается столько же электроэнергии – 96485 Кл/моль. Это число называется числом Фарадея и обозначается буквой F.
Согласно второму закону электрохимический эквивалент прямо пропорционален эквивалентной массе вещества:
Два закона Фарадея можно привести к общей формуле: m = (q / F) ∙ (μ/z).
Что мы узнали?
Фарадей, осуществивший реакцию электролиза различных веществ, вывел два закона. Согласно первому закону, масса вещества, нанесенного на электрод, прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролит: m = kq. Второй закон отражает связь между электрохимическим эквивалентом и эквивалентной массой вещества: k = (1/F) мкэкв. Электрохимический эквивалент – это количество вещества, выделяющееся при прохождении единицы электричества. Эквивалентная масса – это количество вещества, которое реагирует с 1 молем водорода.
Комментирование закрыто