Le leggi di Faraday dell'elettrolisi

Le leggi dell'elettrolisi di Faraday sono relazioni quantitative basate sulla ricerca elettrochimica di Michael Faraday, che pubblicò nel 1836.

Queste leggi determinano il rapporto tra la quantità di sostanze rilasciate durante l'elettrolisi e la quantità di elettricità passata attraverso l'elettrolito. Le leggi di Faraday sono due. Nella letteratura scientifica e nei libri di testo esistono diverse formulazioni di queste leggi.

Elettrolisi — rilascio dall'elettrolita delle sue sostanze costitutive durante il passaggio elettricità… Ad esempio, quando una corrente elettrica passa attraverso acqua leggermente acidificata, l'acqua viene decomposta nelle sue parti componenti: gas (ossigeno e idrogeno).

La quantità di sostanza rilasciata dall'elettrolita è proporzionale alla quantità di elettricità che passa attraverso l'elettrolita, cioè il prodotto dell'intensità della corrente per il tempo durante il quale questa corrente scorre. Pertanto, il fenomeno dell'elettrolisi può servire a misurare la forza della corrente e determinare unità attuali.

Elettrolita — una soluzione e generalmente un liquido complesso che conduce una corrente elettrica.Nelle batterie l'elettrolita è una soluzione di acido solforico (in piombo) o una soluzione di potassa caustica o soda caustica (in ferro-nichel). Nelle celle galvaniche, anche le soluzioni di qualsiasi composto chimico (ammoniaca, solfato di rame, ecc.) fungono da elettrolita.

Michael Faraday (1791 - 1867)

Michael Farday (1791-1867) — Fisico inglese, fondatore della moderna dottrina dei fenomeni elettromagnetici. Ha iniziato la sua vita lavorativa come apprendista in un laboratorio di legatoria. Ha ricevuto solo un'istruzione elementare, ma ha studiato scienze in modo indipendente e ha lavorato come assistente di laboratorio per il chimico Devi, è diventato un grande scienziato, uno dei più grandi fisici sperimentali.

Farraday ha aperto fenomeno di induzione elettromagnetica, le leggi dell'elettrolisi, svilupparono la dottrina dei campi elettrici e magnetici e posarono fondamenti dei moderni concetti di campo elettromagnetico… Fu il primo scienziato ad avere l'idea della natura vibrazionale, ondulatoria dei fenomeni elettromagnetici.

Prima legge dell'elettrolisi di Faraday

La massa di una sostanza che precipiterà su un elettrodo durante l'elettrolisi è direttamente proporzionale alla quantità di elettricità trasferita a quell'elettrodo (passata attraverso l'elettrolita). La quantità di elettricità si riferisce alla quantità di carica elettrica, solitamente misurata in pendenti.

La seconda legge dell'elettrolisi di Faraday

Per una data quantità di elettricità (carica elettrica), la massa di un elemento chimico che si depositerà su un elettrodo durante l'elettrolisi è direttamente proporzionale alla massa equivalente di quell'elemento. La massa equivalente di una sostanza è la sua massa molare divisa per un numero intero, a seconda della reazione chimica in cui la sostanza è coinvolta.

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La stessa quantità di elettricità porta al rilascio di masse equivalenti di sostanze diverse sugli elettrodi durante l'elettrolisi. Per liberare una mole dell'equivalente di qualsiasi sostanza, è necessario spendere la stessa quantità di elettricità, vale a dire 96485 C. Questa costante elettrochimica è chiamata Numero di Faraday.

Le leggi di Faraday in forma matematica

• m è la massa della sostanza depositata sull'elettrodo;

• Q è il valore della carica elettrica totale nei pendenti, passata durante l'elettrolisi;

• F = 96485,33 (83) C / mol — Numero di Faraday;

• M è la massa molare dell'elemento in g/mol;

• z — numero di valenza di ioni di una sostanza (elettroni per ione);

• M / z — massa equivalente della sostanza applicata all'elettrodo.

Applicato alla prima legge dell'elettrolisi di Faraday, M, F e z sono costanti, quindi più Q, più m sarà.

In termini di seconda legge dell'elettrolisi di Faraday, Q, F e z sono costanti, quindi più M / z, più m sarà.

Per la corrente continua abbiamo

• n è il numero di moli (quantità di sostanza) rilasciato sull'elettrodo: n = m / M.

• t è il tempo di passaggio della corrente continua attraverso l'elettrolita. Per la corrente alternata, la carica totale viene sommata nel tempo.

• t è il tempo totale di elettrolisi.

Un esempio di applicazione delle leggi di Faraday

È necessario scrivere l'equazione dei processi elettrochimici al catodo e all'anodo durante l'elettrolisi di una soluzione acquosa di solfato di sodio con un anodo inerte. La soluzione al problema sarà la seguente. In soluzione, il solfato di sodio si dissocerà secondo il seguente schema:

Il potenziale dell'elettrodo standard in questo sistema è il seguente:

Questo è un livello di potenziale molto più negativo rispetto a un elettrodo a idrogeno in un mezzo neutro (-0,41 V). Pertanto, sull'elettrodo negativo (catodo), la dissociazione elettrochimica dell'acqua inizierà con il rilascio di idrogeno e ione idrossido secondo il seguente schema:

E gli ioni sodio caricati positivamente che si avvicinano al catodo caricato negativamente si accumuleranno vicino al catodo, nella parte adiacente della soluzione.

L'ossidazione elettrochimica dell'acqua avverrà sull'elettrodo positivo (anodo), che porterà al rilascio di ossigeno, secondo il seguente schema:

In questo sistema, il potenziale dell'elettrodo standard è +1,23 V, che è ben al di sotto del potenziale dell'elettrodo standard trovato nel seguente sistema:

Gli ioni solfato caricati negativamente che si muovono verso l'anodo caricato positivamente si accumuleranno nello spazio vicino all'anodo.