Первый закон Фарадея

Основная статья: Законы электролиза Фарадея

В 1832 году Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит: если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток с силой тока I. Коэффициент пропорциональности   называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

Второй закон Фарадея

Электрохимические эквиваленты различных веществ относятся, как их химические эквиваленты.

Химическим эквивалентом иона называется отношение молярной массы A иона к его валентности z. Поэтому электрохимический эквивалент

где   — постоянная Фарадея.

Второй закон Фарадея записывается в следующем виде:

где   — молярная масса данного вещества, образовавшегося (однако не обязательно выделившегося — оно могло и вступить в какую-либо реакцию сразу после образования) в результате электролиза, г/моль;   — сила тока, пропущенного через вещество или смесь веществ (раствор, расплав), А;   — время, в течение которого проводился электролиз, с;   — постоянная Фарадея, Кл·моль⁻¹;   — число участвующих в процессе электронов, которое при достаточно больших значениях силы тока равно абсолютной величине заряда иона (и его противоиона), принявшего непосредственное участие в электролизе (окисленного или восстановленного). Однако это не всегда так; например, при электролизе раствора соли меди(II) может образовываться не только свободная медь, но и ионы меди(I) (при небольшой силе тока).

40)

43) Явление электролиза широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения алюминия, водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений, диоксида марганца, пероксида водорода. Большое количество металлов извлекаются из руд и подвергаются переработке с помощью электролиза (электроэкстракция, электрорафинирование).  Электролиз находит применение в очистке сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации).

• 44) Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, осаждённого на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, переданного на этот электрод. Под количеством электричества имеется в виду электрический заряд, измеряемый, как правило, в кулонах.

• Второй закон электролиза Фарадея: для данного количества электричества (электрического заряда) масса химического элемента, осаждённого на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Эквивалентной массой вещества является его молярная масса, делённая на целое число, зависящее от химической реакции, в которой участвует вещество.

[Править]Математический вид

Законы Фарадея можно записать в виде следующей формулы:

где:

• m — масса осаждённого на электроде вещества в граммах

• Q — полный электрический заряд, прошедший через вещество

• F = 96 485,3383(83) Кл·моль⁻¹ — постоянная Фарадея

• M — молярная масса вещества

• z — валентное число ионов вещества (число электронов на один ион).

Заметим, что M/z — это эквивалентная масса осаждённого вещества.

Для первого закона Фарадея M, F и z являются константами, так что чем больше величина Q, тем больше будет величина m.

Для второго закона Фарадея Q, F и z являются константами, так что чем больше величина M/z (эквивалентная масса), тем больше будет величина m.

В простейшем случае постоянного тока электролиза   приводит к:

и тогда

где:

• n — выделенное количество вещества («количество молей»): n = m/M

• t — время действия постоянного тока.

В более сложном случае переменного электрического тока полный заряд Q тока I( ) суммируется за время  :

Здесь t — полное время электролиза. Обратите внимание, что тау используется в качестве переменной, ток I является функцией от тау.^[2]

Электрохимический эквивалент — масса вещества, которое должно выделиться на электроде, согласно закону Фарадея, при прохождении через электролит единицы количества электричества:

где   — постоянная Фарадея.

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда (Q_f) к теоретически необходимому (Q_t) для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса (m_f).

45)МЕТАЛЛЫ — это вещества, обладающие высокой электропроводностью и теплопроводностью, ковкостью, пластичностью и металлическим блеском. Эти характерные свойства металла обусловлены наличием свободно перемещающихся электронов в его кристаллической решетке. Из известных в настоящее время 107 химических элементов 85 относятся к металлам. Деление всех химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева на металлы и неметаллы является условным. Если в периодической таблице провести диагональ через бор и астат, то в главных подгруппах, расположенных справа от диагонали, будут неметаллы, а в главных подгруппах слева от диагонали, побочных подгруппах и в восьмой группе (кроме инертных газов) — металлы. Причем элементы рядом с разделительной линией являются так называемыми металлоидами, т.е. веществами с промежуточными свойствами (металлов и неметаллов). К ним относятся: бор В, кремний Si, германий Gе, мышьяк Аs, сурьма Sb, теллур Те, полоний Ро. В соответствии с местом, занимаемым в периодической системе, различают переходные (элементы побочных подгрупп) и непереходные металлы (элементы главных подгрупп). Металлы главных подгрупп характеризуются тем, что в их атомах происходит последовательное заполнение электронных s- и р-подуровней. В атомах металлов побочных подгрупп происходит достраивание d- и f-подуровней.

Существуют несколько основных способов получения —металлов. Восстановление: — из их оксидов углем или оксидом углерода (II) ZnО + С = Zn + СО  Fе₂О₃ + ЗСО = 2Fе + ЗСО₂ — водородом WO₃ + 3H₂ =W + 3H₂O СоО + Н₂ = Со + Н₂О — алюминотермия  4Аl + ЗМnО₂ = 2А1₂О₃ + ЗМn Обжигом сульфидов металлов и последующим восстановлением образовавшихся оксидов (например, углем) 2ZnS + ЗО₂ = 2ZnО + 2SО₂ ZnО + С = СО + Zn Электролизом расплавов солей СuСl₂, — Сu₂+ 2Сl Катод (восстановление): Анод (окисление): Сu₂+ 2е^- = Сu0                    2Cl - 2е^- = Сl°₂ 

46) Физические свойства. К физическим свойствам металлов относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расшире-ние, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства и др.

Цветом называют способность металлов от-ражать световое излучение с определенной дли-ной волны. Например, медь имеет розово-крас-ный цвет, алюминий -- серебристо-белый.

Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объема. По плот-ности все металлы делят на легкие (менее 4500 кг/м³) и тяжелые. Плотность имеет боль-шое значение при создании различных изделий. Например, в самолето- и ракетостроении стре-мятся использовать более легкие металлы и сплавы (алюминиевые, магниевые, титановые), что способствует снижению массы изделий.

Температурой плавления называют температуру, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие металлы (вольфрам 3416° С, тантал 2950°С, титан 1725°С. и др.) V легкоплавкие (олово 232°С, свинец 327°С, цинк 419,5°С, алюминий 660°С). Темпера-тура плавления имеет большое значение при вы-боре металлов для изготовления литых изделий, сварных и паяных соединений, термоэлектриче-ских приборов и других изделий. В единицах СИ температуру плавления выражают в граду-сах Кельвина (К).

Теплопроводностью называют, спо-собность металлов передавать тепло от более на-гретых к менее нагретым участкам тела. Сереб-ро. медь, алюминий обладают большой теплопроводностью. Железо имеет теплопроводность при-мерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь. Теплопроводность имеет большое значение при выборе материала для де-талей. Например, если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении (термическая обработка, сварка) в нем образу-ются трещины. Некоторые детали машин (порш-ни двигателей, лопатки турбин) должны быть из-готовлены из материалов с хорошей тeплопpoводностью. В единицах СИ теплопроводность имеет размерность Вт/ (м*К).

Тепловым расширением называют спо-собность металлов увеличиваться в размерах при нагревании и уменьшаться при охлаж-дении. Тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения б = (l₂ -l ₁) [l ₁ (t ₂ - t ₁)], где l ₁ и l ₂ длины тела при температурах t ₁ и t ₂. Коэффициент объемного расширения равен 3 б. Тепловые расширения должны учитываться при сварке, ковке и горя-чей объемной штамповке, изготовлении литей-ных форм, штампов, прокатных валков, калибров, выполнении точных соединений и сборке приборов, при строительстве мостовых ферм, ук-ладке железнодорожных рельс.

Теплоемкостью называют способность ме-талла при нагревании поглощать определенное количество тепла. В единицах СИ имеет размер-ность Дж/К. Теплоемкость различных металлов сравнивают по величине удельной теплоемко-сти -- количеству тепла, выраженному в боль-ших калориях, которое требуется для повыше-ния температуры 1 кг металла на 1°С (в едини-цах СИ -- Дж/(кг.К).

Способность металлов проводить электриче-ский ток оценивают двумя взаимно противопо-ложными характеристиками -- электропро-водностью и электросопротивлени-ем. Электрическая проводимость оценивается в системе СИ в сименсах (См), а удельная электро-проводность -- в См/м, аналогично электросо-противление выражают в омах (Ом), а удельное электросопротивление -- в Ом/м. Хорошая элек-тропроводность необходима, например, для токоведущих проводов (медь, алюминий). При изго-товлении электронагревателей приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротив-лением (нихром, константан, манганин). С по-вышением температуры металла его электропро-водность уменьшается, а с понижением -- увели-чивается.

Магнитные свойства характеризуются абсолютной магнитной проницаемостью или маг-нитной постоянной, т. е. способностью металлов намагничиваться. В единицах СИ магнитная по-стоянная имеет размерность Гн/м. Высокими магнитными свойствами обладают железо, ни-кель, кобальт и их сплавы, называемые ферро-магнитными. Материалы с магнитными свойства-ми применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.

Химические свойства. Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов со-противляться окислению или вступать в соеди-нение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, щелочей и др. Чем легче металл вступает в соединение с другими элементами/тем быстрее он разрушается. Хими-ческое разрушение металлов под действием на их поверхность внешней агрессивной среды на-зывают коррозией.

Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, называют жаростойкими или окалино-стойкими. Такие металлы применяют для изготовления деталей, которые эксплуатируются в зо-не высоких температур.

Сопротивление металлов коррозии, окалине-образованию и растворению определяют по из-менению массы испытуемых образцов на едини-цу поверхности за единицу времени.

Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных изделий. Особенно это относится к изделиям или деталям, работающим в химически агрессивных средах.

47)

51) Окисли́тельно-восстанови́тельные реа́кции, ОВР, редокс (от англ. redox ← reduction-oxidation — окисление-восстановление) — это встречно-параллельныехимические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ, реализующихся путём перераспределения электронов между атомом-окислителем и атомом-восстановителем.