2.2. Законы электролиза Фарадея.
М. Фарадей исследовал
явления происхождения электрического
тока через электролиты и на основании
опытов установил два основных закона
электролиза.
Первый закон:
масса m
вещества, выделившаяся при электролизе
на каждом из электродов, пропорциональна
величине заряда q,
прошедшего через электролит:
m = k
q,
(1)
где k
– электрохимический эквивалент данного
вещества. При q
= 1k
k
= m,
т.е. электрохимический
эквивалент равен количеству вещества,
выделившемуся на электроде при прохождении
через электролит единицы заряда.
Так как q
= I
t,
то
m
= k
I
t.
З
E
начения электрохимических эквивалентов
для некоторых веществ приведены в
приложении № 1.
П
А
+
+
+
+
–
–
–
–
А
В
С
Рис. 3
ервый закон Фарадея легко проверить
на опыте. Включим три одинаковые
электролитические ванны А, В и С,
содержащие один и тот же электролит и
имеющие одинаковые сопротивления, так,
как показано на рис.3. Ток I,
протекающий через ванну А, разделится
поровну между ваннами В и С. Измерив
после опыта количества вещества,
выделившиеся на анодах ванн В и С, мы
убедимся, что каждая из масс mB
и mC
равна половине массы mA,
выделившейся на аноде ванны А. То же
соотношение мы обнаружим и для масс
вещества, выделившихся на катодах.
Второй закон:
электрохимические
эквиваленты элементов прямо пропорциональны
их химическим эквивалентам:
A
(2)
k
Z
A
= C
З
Z
десь
А – атомный
вес элемента, Z
– его валентность. Отношение
н
азывается
химическим
эквивалентом вещества;
С
– величина постоянная, имеющая одно и
тоже значение для всех веществ.
П
E
E
Рис. 4
роверим второй закон Фарадея
экспериментально. Соединим последовательно
несколько электролитических ванн,
содержащих различные электролиты (рис.
4). Обозначим массу вещества, выделившегося
на одном из электродов (например, на
катоде) первой ванны, m1,
атомный вес этого вещества A1
и его валентность Z1,
а соответствующие значения этих величин
для вещества во второй ванне m2,
A2
и Z2.
По второму закону Фарадея,
.
(3)
Н
,
.
о согласно первому закону Фарадея,
П
m2
A1Z2
A2Z1
=
одставим эти значения k1
и k2
в формулу (3). Так сила I
и время t
его прохождения через электролит
одинаковы для обоих электролитов, то
m1
(4)
Определим из опыта
m1
и m2
и найдём значения A1,
Z1,
A2
и Z2.
Повторим опыт со II
и III
вольтметрами, убедимся, что равенство
(4) справедливо для любых двух веществ,
выделившихся на электродах при электролизе
в двух последовательно соединённых
электролитических ваннах.
Оба закона Фарадея
можно объяснить. Заменив в формуле (1)
электрохимический эквивалент k
согласно (2):
A
m
Z
1
С
1
= C
q,
а
С
Z
A
F
q
.
- величиной F
( = F),
называемой числом Фарадея;
получим окончательно
m
= (5)
Е
Z
A
сли в выражении (5) объединённого
закона Фарадея положить
q
= F,
то m
= Следовательно, число
Фарадея равно электрическому заряду,
который должен пройти через электролит
для выделения на электроде количества
веществ, равного его химическому
эквиваленту (одному
грамм-эквиваленту).
Опытным путём
установлено, что
F
= 96 500 к/г-экв
И
F
з законов Фарадея следует, что
подобно тому, как вещество построено
из отдельных атомов, электричество
состоит из элементарных зарядов. Для
выделения на электроде одного
грамм-эквивалента вещества через
электролит должен пройти электрический
заряд, равный числу Фарадея. В одном
грамм-атоме одновалентного вещества
содержится NA
атомов (NA
– число Авогадро). Поэтому
на каждый ион одновалентного вещества
приходится заряд
q
NA
= .
О
F
96 500
казалось, что числено
заряд q0
одновалентного иона в точности равен
заряду с электрона:
q
NA
6,02 · 1023
0
= e
= =
k
= 1.6 · 10-19
k
= 4.8 · 10-10
СГСЭq
