Закони електролізу – коротко

Виникає питання: як електричний струм пов’язаний з кількістю речовини, що виділяється при електролізі? Ми вже з’ясували, що при захопленні з електрода одного електрона народжується один атом водню. Якщо через електрод проходить заряд, рівний 1 кулона, то з електроліту виділяється 6,25 х 1019 атомів водню. Маса протона дорівнює 1,672х10-25 р Перемноживши ці величини, одержуємо, що при проходженні 1 Кл електрики з електроліту виділяється 0,0104 г газу водню. В принципі, це вже відповідь (для водню).
Фарадей працював з мідним купоросом Cu SO4, так як мідь зважувати легше, ніж водень. Пропускаючи струм від зовнішнього джерела через розчин з мідним купоросом, він отримав аналогічний результат (точніше, наш результат аналогічний результату Фарадея): маса міді, що виділилася при електролізі купоросу, прямо пропорційна кількості електрики, що пройшов через електроліт: m = KQ (32.1). Це рівняння називають першим законом Фарадея. Коефіцієнт K, чисельно рівний масі речовини, що виділилася після одного кулона електрики, називають електрохімічним еквівалентом речовини.
Слід зауважити, що рівняння (32.1) справедливо тільки для одновалентних атомів. Судіть самі: щоб осадити з електроліту двовалентний іон, буде потрібно не один, а два електрони. Значить, після одного кулона електрики двовалентних атомів осяде в два рази менше. Щоб поширити перший закон на багатовалентні атоми, Фарадей ввів поняття хімічної еквівалента. Якщо A – атомна вага елемента, а Z – його валентність, то хімічний еквівалент дорівнює A / Z. Після цього Фарадей записав рівняння електролізу у вигляді: K = CA / Z (32.2). Рівняння (32.2) називають другим законом Фарадея. Константа C не залежить від валентності атома, так як в рівнянні фігурує не є абсолютним вага атома, а його хімічний еквівалент. Фізичний зміст константи C кілька затуманений тим, що рівняння (32.2) записано як би в дзеркальному вигляді. Так склалося історично. Ми перепишемо його у вигляді зворотної функції: A / Z = FK (32.3), де F – постійна Фарадея, рівна 1 / C. З (32.1) випливає, що K = m / Q. Підставляючи вираз для К в (32.3), отримаємо: A / Z = F m / Q, або: (A / Z) / m = F / Q (32.4). Якщо в (32.4) покласти A / Z = m, то F / Q = 1, звідки випливає: F = Q (32.5). Це означає, що постійна Фарадея чисельно дорівнює заряду Q, який потрібно пропустити через електроліт, щоб виділити на електроді масу m речовини, що дорівнює його хімічному еквіваленту A / Z. Неважко підрахувати, що величина F дорівнює майже 96 500 кулоном. Це пристойна кількість електрики.
На закінчення зазначимо таке. Електричне поле від зовнішнього джерела, що є причиною іонного струму в електроліті, створює в електродах електронний струм. Тим не менш, вимірюючи електричний струм у зовнішній ланцюга, Фарадей говорив про іонному струмі в електроліті. Він мав право так робити тому, що струм негативних електронів в електродах завжди дорівнює струму позитивних іонів в електроліті, при цьому абсолютна сума всіх зарядів дорівнює нулю. Цей закон, який називають законом збереження заряду, грає в електриці таку ж роль, яку відіграє закон збереження імпульсу в механіці.

Посилання на основну публікацію