Hukum elektrolisis Faraday

Undang-undang elektrolisis Faraday ialah hubungan kuantitatif berdasarkan penyelidikan elektrokimia Michael Faraday, yang diterbitkan pada tahun 1836.

Undang-undang ini menentukan hubungan antara jumlah bahan yang dikeluarkan semasa elektrolisis dan jumlah elektrik yang melalui elektrolit. Hukum Faraday ada dua. Dalam kesusasteraan saintifik dan dalam buku teks, terdapat rumusan yang berbeza bagi undang-undang ini.

Elektrolisis — pembebasan daripada elektrolit bahan konstituennya semasa laluan elektrik… Contohnya, apabila arus elektrik melalui air berasid sedikit, air itu terurai kepada bahagian komponennya — gas (oksigen dan hidrogen).

Jumlah bahan yang dibebaskan daripada elektrolit adalah berkadar dengan jumlah elektrik yang melalui elektrolit, iaitu hasil darab kekuatan arus dengan masa semasa arus ini mengalir. Oleh itu, fenomena elektrolisis boleh berfungsi untuk mengukur kekuatan arus dan menentukan unit semasa.

Elektrolit — larutan dan umumnya cecair kompleks yang mengalirkan arus elektrik.Dalam bateri, elektrolit ialah larutan asid sulfurik (dalam plumbum) atau larutan potash kaustik atau soda kaustik (dalam besi-nikel). Dalam sel galvanik, larutan sebarang sebatian kimia (ammonia, kuprum sulfat, dll.) juga berfungsi sebagai elektrolit.

Michael Faraday (1791 - 1867)

Michael Faraday (1791 — 1867) — Ahli fizik Inggeris, pengasas doktrin moden fenomena elektromagnet. Dia memulakan kehidupan bekerja sebagai perantis di bengkel penjilidan buku. Dia hanya menerima pendidikan rendah, tetapi belajar sains secara bebas dan bekerja sebagai pembantu makmal untuk ahli kimia Devi, dia menjadi seorang saintis yang hebat, salah seorang ahli fizik eksperimen terbesar.

Farraday membuka mulut fenomena aruhan elektromagnet, undang-undang elektrolisis, mengembangkan doktrin medan elektrik dan magnet dan diletakkan asas konsep medan elektromagnet moden… Dia adalah saintis pertama yang mempunyai idea tentang getaran, sifat gelombang fenomena elektromagnet.

Hukum pertama elektrolisis Faraday

Jisim bahan yang akan memendakan pada elektrod semasa elektrolisis adalah berkadar terus dengan jumlah elektrik yang dipindahkan ke elektrod tersebut (dilalui melalui elektrolit). Jumlah elektrik merujuk kepada jumlah cas elektrik, biasanya diukur dalam loket.

Hukum kedua elektrolisis Faraday

Untuk jumlah elektrik tertentu (cas elektrik), jisim unsur kimia yang akan dimendapkan pada elektrod semasa elektrolisis adalah berkadar terus dengan jisim setara unsur tersebut. Jisim setara bahan ialah jisim molarnya dibahagikan dengan nombor bulat, bergantung kepada tindak balas kimia di mana bahan itu terlibat.

Ataupun

Jumlah elektrik yang sama membawa kepada pembebasan jisim setara bahan yang berbeza pada elektrod semasa elektrolisis. Untuk membebaskan satu mol yang setara dengan mana-mana bahan, perlu menghabiskan jumlah elektrik yang sama, iaitu 96485 C. Pemalar elektrokimia ini dipanggil Nombor Faraday.

Hukum Faraday dalam bentuk matematik

• m ialah jisim bahan yang didepositkan pada elektrod;

• Q ialah nilai jumlah cas elektrik dalam loket, yang diluluskan semasa elektrolisis;

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

• M ialah jisim molar unsur dalam g/mol;

• z - nombor valens ion bahan (elektron per ion);

• M / z — jisim setara bahan yang digunakan pada elektrod.

Digunakan pada hukum pertama Faraday bagi elektrolisis, M, F, dan z ialah pemalar, jadi semakin banyak Q, semakin banyak m.

Dari segi hukum elektrolisis kedua Faraday, Q, F dan z adalah pemalar, jadi semakin banyak M / z, semakin banyak m.

Untuk arus terus kita ada

• n ialah bilangan mol (jumlah bahan) yang dilepaskan pada elektrod: n = m / M.

• t ialah masa laluan arus terus melalui elektrolit. Untuk arus ulang alik, jumlah cas dijumlahkan dari semasa ke semasa.

• t ialah jumlah masa elektrolisis.

Contoh penggunaan hukum Faraday

Ia adalah perlu untuk menulis persamaan proses elektrokimia di katod dan anod semasa elektrolisis larutan akueus natrium sulfat dengan anod lengai. Penyelesaian kepada masalah tersebut adalah seperti berikut. Dalam larutan, natrium sulfat akan terurai mengikut skema berikut:

Keupayaan elektrod piawai dalam sistem ini adalah seperti berikut:

Ini adalah tahap potensi yang lebih negatif daripada elektrod hidrogen dalam medium neutral (-0.41 V). Oleh itu, pada elektrod negatif (katod), pemisahan elektrokimia air akan bermula dengan pembebasan ion hidrogen dan hidroksida mengikut skema berikut:

Dan ion natrium bercas positif yang menghampiri katod bercas negatif akan terkumpul berhampiran katod, di bahagian larutan yang bersebelahan.

Pengoksidaan elektrokimia air akan berlaku pada elektrod positif (anod), yang akan membawa kepada pembebasan oksigen, mengikut skema berikut:

Dalam sistem ini, potensi elektrod piawai ialah +1.23 V, yang jauh di bawah potensi elektrod piawai yang terdapat dalam sistem berikut:

Ion sulfat bercas negatif yang bergerak ke arah anod bercas positif akan terkumpul di dalam ruang berhampiran anod.