Faradey qonunlari

Faradayning elektroliz qonunlari 1836 yilda Maykl Faradey tomonidan nashr etilgan elektrokimyoviy tadqiqotlarga asoslangan miqdoriy munosabatlardir.

Tarix va ma'no

Faraday elektrning turli koʻrinishlari oʻrtasida miqdoriy munosabatlarni oʻrnatishga intilib, elektroliz boʻyicha eksperimental tadqiqotlarni boshladi, 1833-1834 yillarda u oʻz qonunlarini kashf etdi (bu sohada hozirgi kungacha saqlanib qolgan terminologiyani kiritdi). Bu qonunlar materiya va elektrning diskretligi foydasiga jiddiy dalil edi. Bundan tashqari, bu qonuniyatlarning ochilishi, albatta, elektrokimyo va texnologiya uchun katta amaliy ahamiyatga ega edi.

Fizik ma'nosi

Faradayning tarixan kashfiyoti hissa qo'shgan zamonaviy nuqtai nazardan, uning elektroliz qonunlarining ma'nosi shundaki, modda atom yoki molekulyar tuzilishga ega va ma'lum bir kimyoviy moddaning atomlari yoki molekulalari bir xil va shuning uchun bir xil bo'ladi. massa, xuddi shu narsa elektrolitlarda tok tashuvchilar rolini o'ynaydigan va elektroliz paytida elektrodlarda zaryadsizlanadigan (oksidlangan yoki qaytariladigan) ion ga tegishli. Xuddi shu massaga qo'shimcha ravishda, bir xil turdagi ionlar ham bir xil zaryadga ega bo'lib, ular diskret va har doim Elektron zaryad ning karrali (har xil ionlar uchun boshqa belgiga ega bo'lishi mumkin). Shunday qilib, ma'lum miqdordagi elektr toki elektrod orqali o'tganda, bu qat'iy belgilangan miqdordagi elektronlarning o'tishi va unga ma'lum bir turdagi ionlarning qat'iy belgilangan sonining (o'tgan elektronlar soniga bo'linganiga teng) ajralishini anglatadi. Shunday qilib, ma'lum turdagi atomlar, molekulalar yoki ionlarning massasini va elementar zaryadning (elektron zaryadining) kattaligini bilgan holda, elektroddan o'tgan elektr miqdori va elektrodning massasi o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri proportsional bog'liqlik o'rnatiladi.

Qonunni shakllantirish

Darsliklarda va ilmiy adabiyotlarda siz Faraday elektroliz qonunlarini shakllantirishning bir nechta versiyalarini topishingiz mumkin. Masalan, ularni quyidagicha shakllantirish mumkin:

Faradayning elektrolizning birinchi qonuni: elektroliz jarayonida elektrodga cho'kilgan moddaning massasi shu elektrodga o'tkazilgan elektr miqdoriga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Elektr miqdori elektrod yuzasidan o'tadigan umumiy elektr zaryadni bildiradi.^[1] Formula bilan ifodalanadi: $m=kQ$ , bu yerda $k$ elektrokimyoviy ekvivalent.
Faradayning elektrolizning ikkinchi qonuni: ma'lum miqdordagi elektr (elektr zaryadi) uchun kimyoviy element yoki moddaning massasi^[2]. elektrod element yoki moddaning ekvivalent massasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Kimyoda umuman moddaning Ekvivalent massasi uning molyar massasi boʻlib, modda ishtirok etadigan kimyoviy reaksiyaga qarab butun songa boʻlinadi; bu holda ekvivalent ionning ajralishi paytida hosil bo'lgan moddaning molyar massasi bo'lib, ionlarning zaryadlari yig'indisiga bo'linadi (elementar birliklarda o'lchanadi), natijada ushbu moddaning molekulasi yoki atomi hosil bo'ladi. Elektrodda atomik moddaning chiqarilishida ekvivalent uning atom massasi ionining zaryadiga bo'linadi (shuningdek qarang: Elektrokimyoviy ekvivalent).

Matematik yozilishi

Faraday qonunlarini quyidagi formula sifatida yozish mumkin:

m\ =\ \left({Q \over F}\right)\left({M \over z}\right),

bu yerda:

$m$ - elektrodga yotqizilgan moddaning massasi,
$Q$ - materiyadan o'tadigan umumiy elektr zaryad
$F=96485.332$ C mol⁻¹ - Faraday doimiysi,
$M$ - ionning molyar massasi (Masalan, mis ionining molyar massasi ${\ce {Cu+}}$ = 63,5 g/mol),
$z$ — moddaning valentlik soni ionlars (har bir ionda ortiqcha yoki etishmayotgan elektronlar soni)

Eng oddiy holatda doimiy tok ishlatiladi va elektroliz jarayonida umumiy elektr zaryadi (tizimdan o'tgan) quyidagicha: $Q=It$ , bu massa uchun ifodaga olib keladi :

m\ =\ \left({It \over F}\right)\left({M \over z}\right)

, bu yerda joriy oʻlcham

I

amper va zaryad birligi

Q

kulon (boshqacha aytganda, amper-sekundlar). Amaliy maqsadlarda siz boshqa zaryad birliklaridan foydalanishingiz mumkin, masalan, amper-soat (3600 C ga teng), ammo bu holda siz tegishli multiplikatorni kiritishda ehtiyot bo'lishingiz kerak (umuman olganda, boshqa jismoniy birlik tizimlaridan foydalanganda bo'lgani kabi) , masalan SGS, bu yerda Faraday doimiysining raqamli qiymati, albatta, boshqacha bo'ladi).

Manbalar

Serway, Moses, and Moyer, Modern Physics, third edition (2005).
Elektroliz
Maykl Faraday
Faraday doimiysi
Faradayning elektromagnit induksiya qonuni

↑ Ushbu formula bitta moddaning elektrodga chiqishi (bir vaqtning o'zida yoki ketma-ket bir nechta emas) uchun amal qiladi. . Bir nechta moddalarning ajralib chiqishi uchun biz elektroliz jarayonida haqiqatda chiqarilgan barcha moddalarning jami qancha ekvivalent elektrodga chiqarilganligi haqida gapiramiz.
↑ Elektrodda ajralib chiqadigan modda shart emas. oddiy, chunki elektroliz jarayonida faqat bir atomli emas, balki NH₄⁺ kabi ko'p atomli (murakkab) ionlar ham ajralishi mumkin. Biroq, oxirgi holatda, elektroddagi reaktsiya, ayniqsa, eritmadagi elektroliz paytida, biroz murakkabroq bo'lib chiqadi, lekin chiqarilgan moddalarning ekvivalentlarining umumiy soni hali ham xuddi shu qonun bilan belgilanadi.

[1] Ushbu formula bitta moddaning elektrodga chiqishi (bir vaqtning o'zida yoki ketma-ket bir nechta emas) uchun amal qiladi. . Bir nechta moddalarning ajralib chiqishi uchun biz elektroliz jarayonida haqiqatda chiqarilgan barcha moddalarning jami qancha ekvivalent elektrodga chiqarilganligi haqida gapiramiz.

[2] Elektrodda ajralib chiqadigan modda shart emas. oddiy, chunki elektroliz jarayonida faqat bir atomli emas, balki NH₄⁺ kabi ko'p atomli (murakkab) ionlar ham ajralishi mumkin. Biroq, oxirgi holatda, elektroddagi reaktsiya, ayniqsa, eritmadagi elektroliz paytida, biroz murakkabroq bo'lib chiqadi, lekin chiqarilgan moddalarning ekvivalentlarining umumiy soni hali ham xuddi shu qonun bilan belgilanadi.

[1]

[2]