Образовака🌡️ Физика10 классОсновы электродинамики

Закон электролиза

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 109.

Явление электролиза заключается в разложении вещества, растворенного в электролите, на электродах под действием электрического тока. Рассмотрим закон электролиза подробнее.

Закон электролиза Фарадея

В современной технике электролиз играет важнейшую роль. Многие вещества (например, активные металлы – алюминий, магний, натрий) удобнее всего получать именно электролизом. Кроме того, с помощью электролиза удобно наносить тонкие покрытия на различные детали, или наоборот, снимать тонкий поверхностный слой вещества.

При электролизе, под действием внешнего электрического поля, ионы вещества, находящиеся в растворе, двигаются к электродам и там разряжаются, получая или отдавая необходимые электроны. Получающееся нейтральное вещество выделяется из раствора, осаждаясь на электроде. При этом вещество электрода также может участвовать в реакции, химически реагируя с выделяющимся из электролита веществом.

Первый закон электролиза определяет массу вещества, выделяющегося на электроде. Определим ее.

При токе $I$ за время $Δt$ через электрод пройдет заряд:

$$Δq = IΔt$$

Если валентность иона $n$, то его заряд равен $ne$ ($e$ – заряд электрона). А значит, число ионов, разрядившихся на электроде, равно:

$$N = {IΔt \over ne}$$

Масса каждого иона равна отношению молярной массы вещества к постоянной Авогадро:

$$m_0 = {M \over N_A}$$

А значит, общая масса вещества, выделившаяся на электроде равна:

$$m = {M IΔt \over ne N_A}$$

Данное соотношение было установлено и экспериментально подтверждено М.Фарадеем в 1834г.

Произведение постоянных, входящих в эту формулу, сам Фарадей рассматривал в качестве одной постоянной, физический смысл которой заключается в том, что это заряд одного моля электронов (или одновалентных ионов). Эта постоянная была названа его именем:

$$F = {eN_A}= 9.65×10^4 {Кл \over моль}$$

Используя постоянную Фарадея, получаем:

$$m = {1 \over F}{M \over n}IΔt $$

Закон, выведенный М.Фарадеем, гласит, что масса вещества, выделяющегося на электроде, пропорциональна силе проходящего тока и времени электролиза.

Электрохимический эквивалент

Кроме постоянной Фарадея в формулу закона электролиза входят также две величины, постоянные для конкретного вещества – молярная масса и валентность иона. На практике удобно использовать эти значения вместе, в виде:

$$k = {M \over Fn} = {M \over neN_A}$$

Постоянная $k$ называется электрохимическим эквивалентом вещества, и имеет размерность килограмм на кулон. Учитывая, что отношение молярной массы иона к числу Авогадро – это масса одного иона, а произведение валентности на элементарный заряд – это заряд иона, становится ясен физический смысл данной постоянной $k$. Это отношение массы иона к его заряду.

Зная электрохимический эквивалент вещества, удобно использовать закон Фарадея в виде:

$$m = kIΔt$$

Рис. 3. Таблица электрохимических эквивалентов.

Что мы узнали?

Закон Фарадея для электролиза был открыт в 1834 г. Он гласит, что масса вещества, выделяющегося на электроде, пропорциональна току, проходящему во время электролиза и времени электролиза. Коэффициент пропорциональности называется электрохимическим эквивалентом вещества.