Prvi i drugi zakon Faradaja

Elektrolit uvijek ima određeni broj iona s plusom i minus znakovima, koji proizlaze iz interakcije molekula otopljene tvari s otapalom. Kada se u njemu pojavi električno polje, ioni počinju kretati prema elektrodama, pozitivni se okreću prema katodi, a negativni na anodu. Nakon što su došli do elektroda, ioni daju im naboj, pretvore se u neutralne atome i pohranjuju na elektrodama. Što više iona pristupaju elektrodama, više će se ta materija pohraniti na njih.

Možemo doći do ovog zaključka iskustvom. Prolazimo struja kroz vodenu otopinu bakar sulfat i promatrat ćemo oslobađanje bakra na ugljičnoj katodi. Otkrili smo da će u početku biti prekriven jedva primjetnim slojem bakra, a nakon što se struja prođe, povećat će se, a ako se struja prenosi dulje vrijeme, ugljična elektroda znatna debljina sloja bakra, na koju se lako može lemiti, na primjer, bakrena žica.

Fenomen otpuštanja tvari na elektrodama tijekom prolaska struje kroz elektrolit zove se elektroliza.

Prolazeći kroz različite elektrolize različite struje i pažljivo mjerenje mase tvari koja se oslobađa na elektrodama iz svakog elektrolita, engleski fizičar Faraday u 1833 - 1834 godine. otkrio dva zakona za elektrolizu.

Prvi Faradayjev zakon uspostavlja odnos između mase otpuštene tvari tijekom elektrolize i količine naboja koji je prošao kroz elektrolit.

Ovaj zakon je formuliran kako slijedi: masu tvari koja je oslobođena tijekom elektrolize na svakoj elektrodi izravno je proporcionalna veličini naboja koji je prolazio kroz elektrolit:

m = kq,

gdje je m masa tvari koja je izdana, q je naboj.

Količina k je elektrokemijski ekvivalent tvari. To je karakteristično za svaku tekućinu otpuštenu tijekom elektrolita.

Ako formula ima q = 1 kao coulomb, tada k = m, tj. elektrokemijski ekvivalent tvari bit će numerički jednak masu tvari koja se odvaja od elektrolita nakon prolaska naboja u jedan privjesak.

Izražavajući u formuli naboj kroz trenutnu I i vrijeme t, dobivamo:

m = kIt.

Prvi Faradayjev zakon ovjeren je eksperimentalno kako slijedi. Prolazi struja kroz elektrolitima A, B i C. Ako su jednaki, tada se masa za odabrane tvari A, B i C se tretira kao struje I, I1, I2. Broj tvari koje su odabrane iz A, jednaka zbroju količina dodijeljenih B i C, s obzirom da struja I = I1 + I2.

Drugi je Faradayev zakon uspostavlja ovisnost elektrokemijskom ekvivalent atomske težine i valencije tvari i formuliran kako slijedi: elektrokemijska ekvivalent tvari će biti proporcionalna njihovoj atomskoj masi, a obrnuto proporcionalna njegovom valencijom.

Omjer atomske težine tvari do valencije naziva se kemijskim ekvivalentom tvari. Nakon što je uveo tu vrijednost, Faradayjev drugi zakon može se drugačije formulirati: elektrokemijski ekvivalenti tvari su proporcionalni vlastitim kemijskim ekvivalentima.

Neka elektrokemijski ekvivalenti različitih tvari su jednaki k1 i k2, k3, hellip-, kn, kemijski ekvivalenti iste tvari x1 i x2, x23, hellip-, xn, onda k1 / k2 = x1 / x2 ili k1 / x1 = k2 / x2 = k3 / x3 = hellip- = kn / xn.

Drugim riječima, omjer veličine elektrokemijskog ekvivalenta tvari prema vrijednosti iste tvari je konstantna vrijednost, koja za sve supstance ima istu vrijednost:

k / x = c.

Iz toga slijedi da je omjer k / x konstantan za sve tvari:

k / x = c = 0, 01036 (mg-ekv) / k.

Vrijednost c pokazuje koliko se miligram ekvivalenata tvari oslobađa na elektrodama tijekom prolaska kroz elektrolit električni naboj, jednak je 1 kuli. Drugi Faradayjev zakon predstavljen je sljedećom formulom:

k = cx.

Zamjenjujući rezultirajuću ekspresiju za k u prvi Faradayjev zakon, oboje se mogu kombinirati u jednom izrazu:

m = kq = cxq = cxIt,

gdje je c univerzalna konstanta, jednaka 0, 00001036 (g-eqv) / k.

To pokazuje da je formula prolazom struje isto za isti vremenski period u dvije različite elektrolita se izdvojiti oba količinu tvari elektrolita koji se odnose kao njihove kemijske ekvivalente.

Budući da x = A / n, možemo zapisati:

m = cA / nIt,

tj. masa tvari koja se otpušta na elektrodama tijekom elektrolize bit će izravno proporcionalna njenom atomska težina, struja, vremena i obrnuto proporcionalna valenciji.

Drugi Faradayjev zakon za elektrolizu, baš kao i prvi, izravno slijedi od ionskog karaktera struje u otopini.

Faradayev zakon, Lenz i mnogi drugi izvrsni fizičari odigrali su veliku ulogu u povijesti formacije i razvoja fizike.