Явление электролиза заключается в разложении вещества, растворенного в электролите, на электродах под действием электрического тока. Рассмотрим закон электролиза подробнее.
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:
$$m = kIΔt$$
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.
