قوانين فاراداي للتحليل الكهربائي

قوانين فاراداي للتحليل الكهربائي هي علاقات كمية مبنية على بحث مايكل فاراداي الكهروكيميائي ، والذي نشره عام 1836.

تحدد هذه القوانين العلاقة بين كمية المواد التي يتم إطلاقها أثناء التحليل الكهربائي ومرت كمية الكهرباء عبر المنحل بالكهرباء. قوانين فاراداي اثنان. توجد صيغ مختلفة لهذه القوانين في الأدبيات العلمية والكتب المدرسية.

التحليل الكهربائي - التحرر من المنحل بالكهرباء من المواد المكونة له أثناء المرور كهرباء… على سبيل المثال ، عندما يمر تيار كهربائي عبر الماء المحمض قليلاً ، يتحلل الماء إلى مكوناته - الغازات (الأكسجين والهيدروجين).

تتناسب كمية المادة المنبعثة من الإلكتروليت مع كمية الكهرباء التي تمر عبر الإلكتروليت ، أي ناتج قوة التيار مرات الوقت الذي يتدفق خلاله هذا التيار. لذلك ، يمكن أن تعمل ظاهرة التحليل الكهربائي على قياس قوة التيار وتحديدها الوحدات الحالية.

بالكهرباء - محلول سائل بشكل عام معقد يقوم بتوصيل تيار كهربائي.في البطاريات ، يكون المحلول الكهربائي عبارة عن محلول حمض الكبريتيك (في الرصاص) أو محلول من البوتاس الكاوية أو الصودا الكاوية (في الحديد والنيكل). في الخلايا الجلفانية ، تعمل محاليل أي مركبات كيميائية (الأمونيا ، كبريتات النحاس ، إلخ) أيضًا كإلكتروليت.

مايكل فاراداي (1791-1867)

مايكل فارادي (1791 - 1867) - عالم فيزياء إنجليزي ، مؤسس العقيدة الحديثة للظواهر الكهرومغناطيسية. بدأ حياته العملية كمتدرب في ورشة تجليد الكتب. تلقى تعليمًا ابتدائيًا فقط ، لكنه درس العلوم بشكل مستقل وعمل مساعد مختبر للكيميائي ديفي ، وأصبح عالماً عظيماً ، وأحد أعظم علماء الفيزياء التجريبية.

فتحت Farraday حتى ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي، قوانين التحليل الكهربائي ، وضعت عقيدة المجالات الكهربائية والمغناطيسية ووضعت أسس مفاهيم المجال الكهرومغناطيسي الحديث... كان أول عالم لديه فكرة الطبيعة الموجية الاهتزازية للظواهر الكهرومغناطيسية.

قانون فاراداي الأول للتحليل الكهربائي

كتلة المادة التي تترسب على قطب كهربائي أثناء التحليل الكهربائي تتناسب طرديًا مع كمية الكهرباء المنقولة إلى ذلك القطب (التي تمر عبر الإلكتروليت). تشير كمية الكهرباء إلى مقدار الشحنة الكهربائية ، التي تُقاس عادةً في المعلقات.

قانون فاراداي الثاني للتحليل الكهربائي

بالنسبة لكمية معينة من الكهرباء (الشحنة الكهربائية) ، فإن كتلة العنصر الكيميائي التي سيتم ترسيبها على قطب كهربائي أثناء التحليل الكهربائي تتناسب طرديًا مع الكتلة المكافئة لذلك العنصر. الكتلة المكافئة للمادة هي كتلتها المولية مقسومة على عدد صحيح ، اعتمادًا على التفاعل الكيميائي الذي تشارك فيه المادة.

أو

تؤدي نفس كمية الكهرباء إلى إطلاق كتل مكافئة من مواد مختلفة على الأقطاب أثناء التحليل الكهربائي. لتحرير مول واحد من ما يعادل أي مادة ، من الضروري إنفاق نفس الكمية من الكهرباء ، وهي 96485 C. هذا الثابت الكهروكيميائي يسمى رقم فاراداي.

قوانين فاراداي في شكل رياضي

• م هي كتلة المادة المترسبة على القطب ؛

• Q هي قيمة إجمالي الشحنة الكهربائية في المعلقات التي تم تمريرها أثناء التحليل الكهربائي ؛

• F = 96485.33 (83) C / mol - رقم فاراداي ؛

• M هي الكتلة المولية للعنصر في جم / مول ؛

• ض - عدد تكافؤ أيونات مادة ما (إلكترونات لكل أيون) ؛

• M / z - الكتلة المكافئة للمادة المطبقة على القطب.

بالتطبيق على قانون فاراداي الأول للتحليل الكهربائي ، فإن M و F و z هي ثوابت ، لذلك كلما زادت Q ، زادت قيمة m.

وفقًا لقانون فاراداي الثاني للتحليل الكهربائي ، فإن Q و F و z هي ثوابت ، لذلك كلما زاد عدد M / z ، زاد عدد m.

للتيار المباشر لدينا

• n هو عدد المولات (كمية المادة) المنبعثة على القطب: n = m / M.

• ر هو وقت مرور التيار المباشر عبر المنحل بالكهرباء. بالنسبة للتيار المتردد ، يتم جمع إجمالي الشحنة بمرور الوقت.

• t هو إجمالي وقت التحليل الكهربائي.

مثال على تطبيق قوانين فاراداي

من الضروري كتابة معادلة العمليات الكهروكيميائية عند الكاثود والأنود أثناء التحليل الكهربائي لمحلول مائي من كبريتات الصوديوم باستخدام أنود خامل. سيكون حل المشكلة كما يلي. في المحلول ، تنفصل كبريتات الصوديوم وفقًا للمخطط التالي:

جهد القطب القياسي في هذا النظام هو كما يلي:

هذا هو مستوى الجهد السالب أكثر بكثير من قطب الهيدروجين في وسط محايد (-0.41 فولت). لذلك ، على القطب السالب (الكاثود) ، سيبدأ التفكك الكهروكيميائي للماء بإطلاق أيون الهيدروجين والهيدروكسيد وفقًا للمخطط التالي:

وأيونات الصوديوم موجبة الشحنة تقترب من الكاثود سالب الشحنة سوف تتراكم بالقرب من القطب السالب ، في الجزء المجاور من المحلول.

ستحدث الأكسدة الكهروكيميائية للماء على القطب الموجب (الأنود) ، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين ، وفقًا للمخطط التالي:

في هذا النظام ، يكون جهد القطب القياسي +1.23 فولت ، وهو أقل بكثير من جهد القطب القياسي الموجود في النظام التالي:

تتراكم أيونات الكبريتات سالبة الشحنة التي تتحرك باتجاه القطب الموجب المشحون في الفراغ القريب من الأنود.