83003 skanuj0032 (143)

Prawa elektrolizy Faradaya

■    Elektroliza. Atomy lub grupy atomów, wykazujące nadmiar lub niedobór elektronów w porównaniu z atomami lub cząsteczkami obojętnymi nazywamy jonami. Elektrolitem nazywamy taki roztwór, w którym cząsteczki ciała rozpuszczonego (lub też tylko ich część) ulegają procesowi dysocjacji elektrolitycznej, tzn. rozpadają się na jony dodatnie (kationy) i jony ujemne (aniony). Stosunek liczby cząsteczek n, które uległy rozpadowi, do ogólnej liczby cząsteczek n„ zawartych w roztworze nazywamy stopniem dysocjacji (stałą dysocjacji) a = n/ng. Elektrolizą nazywamy zjawisko wydzielania się substancji na elektrodach pod wpływem przepływu prądu przez elektrolit.

■    I prawo elektrolizy Faradaya. Masa substancji m wydzielająca się podczas elektrolizy na elektrodzie jest proporcjonalna do ilości ładunku q jaki przepłynął przez elektrolit: m -ką. Jeżeli przez elektrolit płynie prąd stały o natężeniu 1 w czasie t, to wtedy q = It i otrzymujemy równanie m = kit.

■    II prawo elektrolizy Faradaya. Równoważnik elektrochemiczny substancji k jest wprost proporcjonalny do równoważnika chemicznego tej substancji równego M/Z (M jest masą molową substancji, Z jej wartościowością):

_k = IM

FZ'

gdzie F jest stałą Faradaya wynoszącą 96500 C/mol. Łącząc oba prawa elektrolizy otrzymujemy równanie

_w _ 1 m _{F z}q.

Wynika z niego, że jeśli q=F, to podczas elektrolizy wydziela się masa substancji równa jej równoważnikowi chemicznemu m=M/Z. Stała Faradaya F odpowiada zatem ładunkowi, jaki należy przepuścić przez elektrolit w celu wydzielenia się na elektrodzie jednego równoważnika chemicznego substancji.

■    Przewodnictwo właściwe elektrolitów. Jony dodatnie o ładunku q+ i koncentracji n+ poruszające się w kierunku elektrody ujemnej ze średnią prędkością v+ tworzą prąd o

gęstości j+ = q+v+n+ = q₊\i+n+E, gdzie ^i+ =v+/£ oznacza ruchliwość jonu dodatniego. Analogicznie gęstość prądu jonów ujemnych wynosi

j- = q-v~n~ = q-\x-n-E.

Ruch ładunków ujemnych przez dowolną powierzchnię w jedną stronę jest równoważny ruchowi ładunków dodatnich w stronę przeciwną. Zatem wypadkowa gęstość prądu j będzie równać się sumie prądów j+ i j-

j =j+ +j- = (q+V+n+ + q-\i-n-)E.

Elektrolit jako całość jest obojętny elektrycznie, a zatem q+n+ = q~n~ oraz

j = q+n+(V+ + V-)E.

Ponieważ j = oE więc przewodnictwo właściwe elektrolitu wynosi

ct = 4+«+(H+ + H-).

Wartość ładunku q+ jonu dodatniego równa jest wartości bezwzględnej ładunku elektronu e pomnożonej przez wartościowość Z₊ jonu. Wartość n+ zależy od liczby cząstek rozpuszczonej substancji zawartych w jednostce objętości n_n i wartości stałej dysocjacji a. Gdy podczas dysocjacji jednej cząsteczki powstaje jeden jon dodatni, wówczas n+ = arią. W takim przypadku możemy napisać

a = Z+ean₀(n+ + p-).

59

Prąd elektryczny

41. Prawa elektrolizy

41.1 I prawo elektrolizy Faradaya

m- kq = kit

_

masa substancji wydzielonej na elektrodzie

równoważnik elektrochemiczny danej substancji

ładunek przepływający przez elektrolit w czasie t ą-lt

natężenie prądu stałego przepływającego przez elektrolit

41.2 II prawo elektrolizy Faradaya

masa molowa substancji •

wartościowość •-

M

= kF

równoważnik

elektrochemiczny

kationy

amony

stała Faradaya F=96500 C/mol

42. Przewodnictwo właściwe elektrolitów

stała dysocjacji (gdy podczas dysocjacji

przewodnictwo właściwe elektrolitu

a =

wartościowość kationu

«± f

«o

powstaje jeden jon dodatni)

liczba cząsteczek • substancji w jednostce I objętości roztworu

a = q+n+(\i+ + \i~) = Z₊ea«o(jx₊ + I¹¹-)

f

ładunek kationu¹

liczba kationów w jednostce objętości elektrolitu

ruchliwość kationu

_ X± —• średnia prędkość kationu

natężenie pola elektry cznego