Законы Фарадея электролиза - Википедия - Faradays laws of electrolysis

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]

${ displaystyle m propto Q}$

${ displaystyle Q = Амперы * секунды}$

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

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 (${ displaystyle v}$)

${ displaystyle m propto E}$

${ Displaystyle E = { frac {Молярная масса} {Валентность}}}$

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

${ displaystyle подразумевает Z_ {1} Q: Z_ {2} Q: Z_ {3} Q: ... = E_ {1}: E_ {2}: E_ {3}: ...}$ (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 ${ displaystyle x}$ 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(${ Displaystyle тау}$) интегрированы с течением времени ${ Displaystyle тау}$:

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

Здесь т это общий время электролиза.^[4]

Эта секция нуждается в расширении с: Реальное приложение / разработано, например. законов Фарадея. Вы можете помочь добавляя к этому. (Август 2020 г.)

Смотрите также

• Электролиз
• Закон индукции Фарадея
• Уравнение Тафеля

Рекомендации

дальнейшее чтение

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