Законы электролиза Фарадея

Законы электролиза Фарадея - это количественные соотношения, основанные на электрохимических исследованиях, опубликованных Майклом Фарадеем в 1833 году.

СОДЕРЖАНИЕ

• 1 Первый закон
• 2 Второй закон
• 3 Вывод
• 4 Математическая форма
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Дальнейшее чтение

Первый закон

Майкл Фарадей сообщил, что масса () элементов, осажденных на электроде, прямо пропорциональна заряду ( в ампер- секундах или кулонах ). ${\ displaystyle m}$${\ displaystyle Q}$

${\ displaystyle m \ propto Q}$

${\ displaystyle \ подразумевает {\ frac {m} {Q}} = Z}$

Здесь константа пропорциональности называется электрохимическим эквивалентом (ece) вещества. Таким образом, ece можно определить как массу вещества, отложившегося / высвободившегося на единицу заряда. ${\ displaystyle Z}$

Второй закон

Фарадей обнаружил, что когда одно и то же количество электрического тока проходит через разные электролиты / элементы, соединенные последовательно, масса вещества, высвобождающегося / осаждаемого на электродах в граммах, прямо пропорциональна их химическому эквиваленту / эквивалентной массе (). Оказывается, это молярная масса (), деленная на валентность () ${\ displaystyle E}$${\ displaystyle M}$${\ displaystyle v}$

${\ displaystyle m \ propto E}$

${\ displaystyle E = {\ frac {\ text {Молярная масса}} {\ text {Валентность}}}}$

${\ displaystyle \ подразумевает m_ {1}: m_ {2}: m_ {3}:... = E_ {1}: E_ {2}: E_ {3}:...}$

${\ displaystyle \ подразумевает Z_ {1} Q: Z_ {2} Q: Z_ {3} Q:... = E_ {1}: E_ {2}: E_ {3}:...}$ (Из 1 закона)

${\ displaystyle \ подразумевает Z_ {1}: Z_ {2}: Z_ {3}:... = E_ {1}: E_ {2}: E_ {3}:...}$

Вывод

Одновалентному иону требуется 1 электрон для разряда, двухвалентному иону требуется 2 электрона для разряда и так далее. Таким образом, если текут электроны, атомы разряжаются. ${\ displaystyle x}$${\ displaystyle {\ frac {x} {v}}}$

Итак, масса разряжена ${\ displaystyle m}$

${\ displaystyle = {\ frac {xM} {vN _ {\ rm {A}}}}}$(где - постоянная Авогадро ) ${\ displaystyle N _ {\ rm {A}}}$

${\ displaystyle = {\ frac {QM} {eN _ {\ rm {A}} v}}}$(Из Q = xe)

${\ displaystyle = {\ frac {QM} {vF}}}$

Где () - постоянная Фарадея. ${\ displaystyle F}$

Математическая форма

Законы Фарадея можно резюмировать следующим образом:

${\ displaystyle Z = {\ frac {m} {Q}} = {\ frac {1} {F}} \ left ({\ frac {M} {v}} \ right) = {\ frac {E} { F}}}$

где молярная масса вещества (в граммах на моль) и представляет собой валентность из ионов. ${\ displaystyle M}$${\ displaystyle v}$

Для первого закона Фарадея, и постоянные, так что чем больше величины большего м будет. ${\ displaystyle M}$${\ displaystyle F}$${\ displaystyle v}$${\ displaystyle Q}$

Для второго закона Фарадея,,, и являются константами, так что чем больше величины (эквивалентного веса), чем больше т будет. ${\ displaystyle Q}$${\ displaystyle F}$${\ displaystyle v}$${\ displaystyle {\ frac {M} {v}}}$

В простом случае электролиза на постоянном токе, приводящего к ${\ displaystyle Q = It}$

${\ displaystyle m = {\ frac {ItM} {Fv}}}$

а затем в

${\ displaystyle n = {\ frac {It} {Fv}}}$

где:

• n - количество выделившегося вещества («количество молей»): n = m / M
• t - полное время, в течение которого был приложен постоянный ток.

В случае сплава, компоненты которого имеют разную валентность, имеем

${\ displaystyle m = {\ frac {It} {F \ times \ sum _ {i} {\ frac {w_ {i} \ times v_ {i}} {M_ {i}}}}}}$

где ш я представляет собой массовую долю от я - ^го элемента.

В более сложном случае переменного электрического тока полный заряд Q представляет собой электрический ток I (), интегрированный во времени: ${\ Displaystyle \ тау}$${\ Displaystyle \ тау}$

${\ Displaystyle Q = \ int _ {0} ^ {t} я (\ тау) д \ тау}$

Здесь t - полное время электролиза.

Смотрите также

• Электролиз
• Закон индукции Фарадея
• Уравнение Тафеля

Рекомендации

1. ^ Фарадей, Майкл (1834). «Об электрическом разложении». Философские труды Королевского общества. 124: 77–122. DOI : 10,1098 / rstl.1834.0008. S2CID   116224057.
2. ^ Эль, Розмари Джин; Идэ, Аарон (1954). «Электрохимические законы Фарадея и определение эквивалентных весов». Журнал химического образования. 31 (май): 226–232. Bibcode : 1954JChEd..31..226E. DOI : 10.1021 / ed031p226.
3. ^ ^{a b c} "Законы электролиза Фарадея | химия". Британская энциклопедия. Проверено 1 сентября 2020.
4. ^ Для аналогичного лечения см. Strong, FC (1961). «Законы Фарадея в одном уравнении». Журнал химического образования. 38 (2): 98. Полномочный код : 1961JChEd..38... 98S. DOI : 10.1021 / ed038p98.

дальнейшее чтение

• Сервей, Моисей и Мойер, Современная физика, третье издание (2005 г.), принципы физики.
• Экспериментируйте с законами Фарадея