Faraday's wetten van elektrolyse

De elektrolysewetten van Faraday zijn kwantitatieve relaties gebaseerd op het elektrochemische onderzoek van Michael Faraday, dat hij in 1836 publiceerde.

Deze wetten bepalen de verhouding tussen de hoeveelheid vrijkomende stoffen tijdens elektrolyse en de hoeveelheid elektriciteit die door de elektrolyt is gegaan. Er zijn twee wetten van Faraday. In de wetenschappelijke literatuur en in handboeken zijn er verschillende formuleringen van deze wetten.

Elektrolyse — afgifte uit de elektrolyt van de samenstellende stoffen tijdens de passage elektriciteit… Wanneer bijvoorbeeld een elektrische stroom door licht aangezuurd water gaat, wordt het water ontleed in zijn samenstellende delen: gassen (zuurstof en waterstof).

De hoeveelheid stof die vrijkomt uit de elektrolyt is evenredig met de hoeveelheid elektriciteit die door de elektrolyt gaat, dat wil zeggen het product van de sterkte van de stroom maal de tijd dat deze stroom vloeit. Daarom kan het fenomeen elektrolyse dienen om de sterkte van de stroom te meten en te bepalen huidige eenheden.

Elektrolyt — een oplossing en in het algemeen een complexe vloeistof die een elektrische stroom geleidt.In batterijen is de elektrolyt een oplossing van zwavelzuur (in lood) of een oplossing van caustic potash of caustic soda (in ijzer-nikkel). In galvanische cellen dienen oplossingen van chemische verbindingen (ammoniak, kopersulfaat, enz.) Ook als elektrolyt.

Michael Faraday (1791 - 1867)

Michael faraday (1791 - 1867) - Engelse natuurkundige, grondlegger van de moderne doctrine van elektromagnetische verschijnselen. Hij begon zijn werkzame leven als leerling in een boekbinderij. Hij ontving slechts een basisopleiding, maar studeerde zelfstandig wetenschap en werkte als laboratoriumassistent voor de chemicus Devi. Hij werd een groot wetenschapper, een van de grootste experimentele natuurkundigen.

Farraday opende zich fenomeen van elektromagnetische inductie, de wetten van elektrolyse, ontwikkelde de leer van elektrische en magnetische velden en legde die vast fundamenten van moderne elektromagnetische veldconcepten… Hij was de eerste wetenschapper die het idee had van de trillings-, golfaard van elektromagnetische verschijnselen.

Faraday's eerste wet van elektrolyse

De massa van een stof die tijdens elektrolyse op een elektrode neerslaat, is rechtevenredig met de hoeveelheid elektriciteit die naar die elektrode wordt overgebracht (door de elektrolyt gaat). De hoeveelheid elektriciteit verwijst naar de hoeveelheid elektrische lading, meestal gemeten in hangers.

Faraday's tweede wet van elektrolyse

Voor een bepaalde hoeveelheid elektriciteit (elektrische lading) is de massa van een chemisch element die tijdens elektrolyse op een elektrode wordt afgezet recht evenredig met de equivalente massa van dat element. De equivalente massa van een stof is de molaire massa gedeeld door een geheel getal, afhankelijk van de chemische reactie waarbij de stof betrokken is.

Of

Dezelfde hoeveelheid elektriciteit leidt tijdens elektrolyse tot het vrijkomen van equivalente massa's van verschillende stoffen op de elektroden. Om één mol van het equivalent van een stof vrij te maken, is dezelfde hoeveelheid elektriciteit nodig, namelijk 96485 C. Deze elektrochemische constante wordt genoemd Faraday-nummer.

De wetten van Faraday in wiskundige vorm

• m is de massa van de stof die op de elektrode is afgezet;

• Q is de waarde van de totale elektrische lading in de hangers, doorgegeven tijdens elektrolyse;

• F = 96485,33 (83) C / mol — het getal van Faraday;

• M is de molaire massa van het element in g/mol;

• z — valentiegetal van ionen van een stof (elektronen per ion);

• M / z — equivalente massa van de stof aangebracht op de elektrode.

Toegepast op de eerste wet van Faraday van elektrolyse, zijn M, F en z constanten, dus hoe meer Q, hoe meer m zal zijn.

In termen van de tweede wet van Faraday van elektrolyse zijn Q, F en z constanten, dus hoe meer M / z, hoe meer m zal zijn.

Voor gelijkstroom hebben we

• n is het aantal mol (hoeveelheid stof) dat vrijkomt op de elektrode: n = m / M.

• t is de doorgangstijd van gelijkstroom door de elektrolyt. Voor wisselstroom wordt de totale lading opgeteld in de tijd.

• t is de totale elektrolysetijd.

Een voorbeeld van het toepassen van de wetten van Faraday

Het is noodzakelijk om de vergelijking van de elektrochemische processen aan de kathode en anode te schrijven tijdens de elektrolyse van een waterige oplossing van natriumsulfaat met een inerte anode. De oplossing voor het probleem zal de volgende zijn. In oplossing zal natriumsulfaat dissociëren volgens het volgende schema:

De standaard elektrodepotentiaal in dit systeem is als volgt:

Dit is een veel negatiever potentiaalniveau dan voor een waterstofelektrode in een neutraal medium (-0,41 V). Daarom zal op de negatieve elektrode (kathode) de elektrochemische dissociatie van water beginnen met het vrijkomen van waterstof en hydroxide-ionen volgens het volgende schema:

En de positief geladen natriumionen die de negatief geladen kathode naderen, zullen zich ophopen nabij de kathode, in het aangrenzende deel van de oplossing.

Elektrochemische oxidatie van water zal plaatsvinden op de positieve elektrode (anode), wat zal leiden tot het vrijkomen van zuurstof, volgens het volgende schema:

In dit systeem is de standaard elektrodepotentiaal +1,23 V, wat ver onder de standaard elektrodepotentiaal ligt die wordt gevonden in het volgende systeem:

Negatief geladen sulfaationen die naar de positief geladen anode bewegen, zullen zich ophopen in de ruimte nabij de anode.