I Теоретическая и расчётная часть

Под действием электрического поля положительные и отрицательные заряженные ионы перемещаются в объёме раствора к катоду и аноду. При протекании электрического тока через электрохимические системы на электродах возникают электрохимические реакции, в которых соотношение между количеством электричества и массами прореагировавших веществ выражается законом Фарадея. По первому закону электролиза (первому закону Фарадея) количество вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорционально электрическому заряду q, прошедшему через электролит:

где k-электрохимический эквивалент вещества – масса прореагировавшего вещества при протекании единицы количества электричества. При прохождении через электролит постоянного тока I в течение t секунд и .

По второму закону электролиза (второму закону Фарадея) электрохимические эквиваленты элементов прямо пропорциональны их химическим эквивалентам:

где отношение атомного веса A к его валентности Z называется его химическим эквивалентом.

Величина называется числом Фарадея: F ≈ 96500 Кл /моль и определяет одинаковое для любого вещества количество электричества необходимое для выделения при электролизе количества вещества ν = 1 моль.

– химический эквивалент: А – атомный вес элемента, Z – валентность.

Отсюда следует объединенный закон Фарадея:

.

Этот закон справедлив для постоянного тока. Если ток меняется в зависимости от времени и описывается функцией , то объединенный закон Фарадея принимает вид:

где t-промежуток времени, в течение которого происходит процесс электролиза.

Расчётные формулы.

Расчётная формула для элементарного заряда электрона е:

Так как заряд и выделившееся вещество переносились ионами, то масса выделившегося на электроде вещества будет равна массе всех ионов, пришедших к электроду:

m = m_i ∙ N

Поскольку число ионов N равно отношению электрического заряда Q,

прошедшего через электролит к заряду одного иона q_i :

N = Q/q_i , (1)

то m = m_i = Q

отношение массы иона к его заряду – величина постоянная, названная электрохимическим эквивалентом вещества. Обозначив её символом κ приходим к следующей формуле:

m = k∙Q = k∙I∙t , (2)

называемой законом Фарадея для электролиза.

На основании закона Фарадея формула (2) можно определить заряд электрона. Так как заряд иона q_i связан с зарядом электрона е соотношением:

q_i = n∙e ,

где n – валентность вещества, то для заряда электрона имеем:

e =

из соотношения (1)

m = m_i

отсюда можно выразить заряд иона:

q_{i =} ,

следовательно, заряд электрона

e = = Q = I∙t .

Таким образом, для определения заряда электрона на опыте надо измерить силу тока и время прохождения тока через раствор электролита, а также массу вещества, выделившегося на катоде при электролизе.

По формуле6

e = I∙t

вычислите заряд электрона (масса иона меди m_i = 1,05 ∙ 10 ^-29 кг).

Проведённая лабораторная работа позволяет грубо определить электрический заряд электрона.

По современным данным

е = 1, 6021892 ∙ 10 ^-19 кг .

m − масса выделившейся меди;

m_i − масса одного иона меди;

N − количество ионов;

е − элементарный заряд электрона (1,602 ∙ 10^-19 Кл);

n − валентность;

Δt – время процесса электролиза;

I − сила тока.