Фарадејеви закони електролизе

Фарадејеви закони електролизе су квантитативни односи засновани на електрохемијском истраживању Мајкла Фарадаја, које је објавио 1836. године.

Ови закони одређују однос између количине ослобођених супстанци током електролизе и количина електричне енергије која је прошла кроз електролит. Фарадејева закона су два. У научној литератури и уџбеницима постоје различите формулације ових закона.

Електролиза — ослобађање из електролита његових саставних супстанци током проласка електрична енергија… На пример, када електрична струја прође кроз благо закисељену воду, вода се разлаже на саставне делове — гасове (кисеоник и водоник).

Количина супстанце која се ослобађа из електролита је пропорционална количини електричне енергије која пролази кроз електролит, односно производу јачине струје пута времена током којег ова струја тече. Дакле, феномен електролизе може послужити за мерење јачине струје и одређивање тренутне јединице.

Електролит — раствор и уопште сложена течност која проводи електричну струју.У батеријама, електролит је раствор сумпорне киселине (у олову) или раствор каустичне поташе или каустичне соде (у гвожђе-никл). У галванским ћелијама, раствори било којих хемијских једињења (амонијак, бакар сулфат, итд.) Такође служе као електролит.

Мајкл Фарадеј (1791-1867)

Мицхаел Фарадаи (1791 — 1867) — енглески физичар, оснивач модерне доктрине електромагнетних појава. Радни век је започео као шегрт у књиговезачкој радионици. Добио је само основно образовање, али је самостално студирао науку и радио као лабораторијски асистент код хемичара Девија, постао је велики научник, један од највећих експерименталних физичара.

Фарадаи је отворио феномен електромагнетне индукције, законе електролизе, развио доктрину о електричним и магнетним пољима и положио основе савремених концепата електромагнетног поља... Био је први научник који је имао идеју о вибрацијској, таласној природи електромагнетних појава.

Фарадејев први закон електролизе

Маса супстанце која ће се таложити на електроди током електролизе је директно пропорционална количини електричне енергије која је пренета на ту електроду (прошла кроз електролит). Количина електричне енергије се односи на количину електричног набоја, која се обично мери у привесцима.

Фарадејев други закон електролизе

За дату количину електричне енергије (електрично наелектрисање), маса хемијског елемента који ће се таложити на електроду током електролизе је директно пропорционална еквивалентној маси тог елемента. Еквивалентна маса супстанце је њена моларна маса подељена целим бројем, у зависности од хемијске реакције у којој је супстанца укључена.

Ор

Иста количина електричне енергије доводи до ослобађања еквивалентних маса различитих супстанци на електродама током електролизе. Да би се ослободио један мол еквивалента било које супстанце, потребно је потрошити исту количину електричне енергије, односно 96485 Ц. Ова електрохемијска константа се зове Фарадејев број.

Фарадејеви закони у математичком облику

• м је маса супстанце нанесене на електроду;

• К је вредност укупног електричног наелектрисања у привесцима, препуштеног током електролизе;

• Ф = 96485,33 (83) Ц / мол — Фарадејев број;

• М је моларна маса елемента у г/мол;

• з — валентни број јона супстанце (електрона по јону);

• М / з — еквивалентна маса супстанце која се наноси на електроду.

Примењено на први Фарадејев закон електролизе, М, Ф и з су константе, тако да што је више К, то ће бити више м.

У смислу другог Фарадејевог закона електролизе, К, Ф и з су константе, тако да што је више М / з, то ће бити више м.

За једносмерну струју имамо

• н је број молова (количина супстанце) ослобођених на електроди: н = м / М.

• т је време проласка једносмерне струје кроз електролит. За наизменичну струју, укупно пуњење се сабира током времена.

• т је укупно време електролизе.

Пример примене Фарадејевих закона

Потребно је написати једначину електрохемијских процеса на катоди и аноди при електролизи воденог раствора натријум сулфата са инертном анодом. Решење проблема ће бити следеће. У раствору, натријум сулфат ће се дисоцирати према следећој шеми:

Стандардни потенцијал електроде у овом систему је следећи:

Ово је много негативнији ниво потенцијала него за водоничну електроду у неутралном медијуму (-0,41 В). Дакле, на негативној електроди (катоди), електрохемијска дисоцијација воде ће почети ослобађањем јона водоника и хидроксида према следећој шеми:

А позитивно наелектрисани јони натријума који се приближавају негативно наелектрисаној катоди ће се акумулирати у близини катоде, у суседном делу раствора.

На позитивној електроди (аноди) доћи ће до електрохемијске оксидације воде, што ће довести до ослобађања кисеоника, према следећој шеми:

У овом систему, стандардни потенцијал електроде је +1,23 В, што је знатно испод стандардног потенцијала електроде који се налази у следећем систему:

Негативно наелектрисани сулфатни јони који се крећу ка позитивно наелектрисаној аноди ће се акумулирати у простору близу аноде.