Законы Фарадея электролиза - Faradays laws of electrolysis - Wikipedia

Майкл Фарадей.

Законы электролиза Фарадея количественные отношения, основанные на электрохимический исследование, опубликованное Майкл Фарадей в 1833 г.^{[1][2] [3]}

Первый закон

Майкл Фарадей сообщил, что масса (${\displaystyle m}$) элементов, нанесенных на электрод в g, прямо пропорционален заряду (${\displaystyle Q}$) в Кулонах.^[3]

${\displaystyle m\propto Q}$

${\displaystyle Q=Amperes*seconds}$

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

Здесь постоянная пропорциональности ${\displaystyle Z}$ называется электрохимическим эквивалентом (e.c.e) вещества. Таким образом, e.c.e. может быть определена как масса вещества, отложившегося / высвободившегося на единицу заряда.

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 /эквивалентный вес^{[требуется разъяснение ]} (${\displaystyle E}$).^[3] Оказывается, это молярная масса (${\displaystyle M}$) деленная на валентность (${\displaystyle v}$)

${\displaystyle m\propto E}$

${\displaystyle E={\frac {Molar\ mass}{Valence}}}$

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

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

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

Вывод

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

Итак, масса разряжена ${\displaystyle m}$

${\displaystyle ={\frac {xM}{vN_{A}}}}$ (куда ${\displaystyle N_{A}}$ является Число Авогадроса )

${\displaystyle ={\frac {QM}{eN_{A}v}}}$ (Из Q = xe)

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

Где (${\displaystyle F}$) это Постоянная Фарадея.

Математическая форма

Законы Фарадея можно резюмировать следующим образом:

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

куда ${\displaystyle M}$ - молярная масса вещества (в граммах на моль) и ${\displaystyle v}$ это валентность из ионы .

Для первого закона Фарадея ${\displaystyle M}$, ${\displaystyle F}$, и ${\displaystyle v}$ являются константами, поэтому чем больше значение ${\displaystyle Q}$ тем больше m будет.

Для второго закона Фарадея ${\displaystyle Q}$, ${\displaystyle F}$, и ${\displaystyle v}$ являются константами, поэтому чем больше значение ${\displaystyle {\frac {M}{v}}}$ (эквивалентный вес), тем больше будет m.

В простом случае постоянногоТекущий электролиз, ${\displaystyle Q=It}$ ведущий к

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

а затем в

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

куда:

• п это количество вещества («количество молей») высвободилось: п = м / м
• т - общее время подачи постоянного тока.

В случае сплава, компоненты которого имеют разную валентность, имеем

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

куда ш_я представляет массовая доля из я^th элемент.

В более сложном случае переменного электрического тока полный заряд Q электрический ток я(${\displaystyle \tau }$) интегрированы с течением времени ${\displaystyle \tau }$:

${\displaystyle Q=\int _{0}^{t}I(\tau )d\tau }$

Здесь т это общий время электролиза.^[4]

Смотрите также

• Электролиз
• Закон индукции Фарадея
• Уравнение Тафеля

Рекомендации

1. Фарадей, Майкл (1834). «Об электрическом разложении». Философские труды Королевского общества. 124: 77–122. Дои:10.1098 / рстл.1834.0008. S2CID  116224057.
2. Ehl, Розмари Джин; Айде, Аарон (1954). «Электрохимические законы Фарадея и определение эквивалентных весов». Журнал химического образования. 31 (Май): 226–232. Bibcode:1954JChEd..31..226E. Дои:10.1021 / ed031p226.
3. «Законы Фарадея электролиза | химии». Энциклопедия Британника. Получено 2020-09-01.
4. Для аналогичного лечения см. Стронг, Ф. К. (1961). «Законы Фарадея в одном уравнении». Журнал химического образования. 38 (2): 98. Bibcode:1961JChEd..38 ... 98S. Дои:10.1021 / ed038p98.

дальнейшее чтение

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