Prima și a doua lege a lui Faraday

Electrolitul are întotdeauna un anumit număr de ioni cu semne plus și minus, care rezultă din interacțiunea moleculelor substanței dizolvate cu solventul. Când un câmp electric apare în el, ionii încep să se deplaseze spre electrozi, cei pozitivi se îndreaptă către catod, cei negativi către anod. După ce au ajuns la electrozi, ionii le-au dat sarcina, s-au transformat în atomi neutri și s-au depus pe electrozi. Cu cât mai mulți ioni se apropie de electrozii, cu atât mai mult vor fi depuși pe ele.

Putem ajunge la această concluzie prin experiență. Să trecem curentul printr-o soluție apoasă de sulfat de cupru și să urmărim eliberarea de cupru pe catodul de carbon. Se constată că la început se va acoperi cu un strat de cupru abia vizibil, atunci când acesta trece prin curent va crește și dacă curentul este transmis pentru o lungă perioadă de timp, un strat de cupru poate fi obținut pe un electrod de carbon de grosime considerabilă, la care este ușor de lipit, de exemplu, un fir de cupru.

Fenomenul eliberării materiei pe electrozi în timpul trecerii curentului prin electrolit se numește electroliză.

Trecând prin diferite curenți de electroliză și măsurând cu atenție masa de materie eliberată pe electrozi de la fiecare electrolit, fizicianul englez Faraday în 1833 - 1834 gg. Descoperite două legi pentru electroliză.

Prima lege a lui Faraday stabilește relația dintre masa substanței eliberate în timpul electrolizei și cantitatea de încărcare care a trecut prin electrolit.

Această lege este formulată după cum urmează: masa materiei care a fost eliberată în timpul electrolizei pe fiecare electrod este direct proporțională cu magnitudinea sarcinii care a trecut prin electrolit:

M = kq,

În cazul în care m este masa substanței eliberate, q este încărcătura.

Valoarea lui k este echivalentul electrochimic al substanței. Este caracteristic pentru fiecare substanță eliberată în timpul electrolitic.

Dacă formula ia q = 1 ca o coulombă, atunci k = m, adică Echivalentul electrochimic al substanței va fi numeric egal cu masa substanței separate de electrolit la trecerea încărcăturii într-un singur pandantiv.

Exprimând în formula sarcina prin curentul I și timpul t, primim:

M = kIt.

Prima lege Faraday este verificată experimental după cum urmează. Să trecem curentul prin electroliții A, B și C. Dacă aceștia sunt la fel, atunci masele substanței separate în A, B și C vor fi denumite curenții I, I1, I2. În acest caz, cantitatea de materie izolată în A va fi egală cu suma volumelor izolate în B și C, deoarece curentul I = I1 + I2.

A doua lege a lui Faraday stabilește dependența echivalentului electrochimic de greutatea atomică a substanței și a valenței sale și este formulată după cum urmează: echivalentul electrochimic al substanței va fi proporțional cu masa atomică și, de asemenea, invers proporțional cu valența sa.

Raportul dintre greutatea atomică a unei substanțe și valența sa se numește echivalentul chimic al unei substanțe. După introducerea acestei valori, a doua lege a lui Faraday poate fi formulată în mod diferit: echivalentele electrochimice ale substanței sunt proporționale cu propriile lor echivalente chimice.

Fie echivalentele electrochimice ale substanțelor diferite egale cu k1 și k2, k3, ..., kn, echivalentele chimice ale acelorași substanțe x1 și x2, x23, ..., xn, atunci k1 / k2 = x1 / x2 sau k1 / x1 = k2 / x2 = K3 / x3 = ... = kn / xn.

Cu alte cuvinte, raportul dintre mărimea echivalentului electrochimic al unei substanțe și valoarea aceleiași substanțe este o valoare constantă, având pentru toate substanțele aceeași valoare:

K / x = c.

Rezultă că raportul k / x este constant pentru toate substanțele:

K / x = c = 0, 01036 (mg-eq) / k.

Valoarea lui c arată cât de multe echivalente de miligrame ale substanței sunt eliberate pe electrozii în timpul trecerii prin electrolit a sarcinii electrice, egală cu 1 pendant. A doua lege a lui Faraday este reprezentată de formula:

K = cx.

Înlocuind expresia obținută pentru k în prima lege a lui Faraday, ambele pot fi combinate într-o singură expresie:

M = kq = cxq = cxIt,

Unde c este constanta universala, egala cu 0, 00001036 (g-eqv) / k.

Această formulă arată că, prin trecerea acelorași curenți pentru același interval de timp prin doi electroliți diferiți, vom separa de ambii electroliți cantitățile de substanțe legate de echivalentele chimice ale acestora.

Deoarece x = A / n, putem scrie:

M = cA / nIt,

Adică, masa materiei izolate pe electrozi în timpul electrolizei va fi direct proporțională cu greutatea atomică, curentul, timpul și invers proporțională cu valența sa.

A doua lege Faraday pentru electroliză, la fel ca prima, rezultă direct din natura ionică a curentului în soluție.

Legea lui Faraday, Lenz și a multor altor fizicieni remarcabili au jucat un rol imens în istoria formării și dezvoltării fizicii.