Законы электролиза

Первый закон Фарадея. Масса электролита, подверженная химическому превращению, а также массы веществ, выделившихся на электродах по законам Фарадея прямо пропорциональны количеству прошедшего через электролит электричества и молярным массам эквивалентов веществ:

,

где m -масса электролита, подвергшаяся электролизу или масса веществ, выделившаяся на электродах, г;

J - сила тока, А;

э - молярная масса эквивалентов вещества, г/моль;

F - число Фарадея – 96500 Кл;

t - время электролиза, с;

Второй закон Фарадея. Одинаковые количества электричества выделяют на электродах эквивалентные количества веществ. При этом 96500 Кл электрического тока, или 26.8 ач, выделяют 1 г-экв. вещества. Количество вещества, выделяющегося при прохождении через электролит 1 ач электричества, называется электрохимическим эквивалентом вещества.

Зная силу тока, время прохождения электричества через электролит и электрохимические эквиваленты, легко подсчитать количества веществ, выделяющихся на электродах. Однако практически при электролизе вещества часто выделяются в несколько меньших количествах, так как часть электрического тока расходуется на побочные электрохимические процессы.

Выделение веществ на электродах происходит только при определенной разности потенциалов, называемой напряжением разложения. Напряжение разложения складывается из катодного и анодного потенциала и сопротивления электролита. Анодным потенциалом называется разность потенциалов между анодом и раствором, а катодным – разность потенциалов между катодом и раствором. Практическое напряжение разложения всегда выше теоретического на величину, называемую перенапряжением. Величина перенапряжения зависит от конкретных условий ведения электролиза, особенно от материала электрода, а так же от плотности тока, природы электролита и продолжительности электролиза. Перенапряжение уменьшается при применении электродов с матовой поверхностью, при снижении плотности тока или при повышении температуры электролита.

При промышленном применении электролиза большое значение для экономики производства имеет выход вещества по току и расход электрической энергии. Выходом вещества по току (_T) называется процентное отношение количества выделенного вещества (N_практ) к тому количеству его, которое должно было бы выделиться согласно законам Фарадея (N_теорет).

Выходом по энергии (_Е) называется процентное отношение количества электроэнергии, теоретические необходимой для проведения данного процесса (Q_теорет) к действительно затраченной при электролизе (Q_практ).

При проведении электролиза стремятся создать наиболее оптимальные условия, при которых выход по току и энергии максимальны. Для этого уменьшают сопротивление ванны и проводов, так как это позволяет уменьшить напряжение потребляемого тока. В конкретных случаях эти оптимальные условия различны. Для снижения напряжения на ванне по возможности уменьшают расстояние между электродами. Однако сильное сближение электродов часто затрудняет разделение катодных и анодных процессов.

Практическое применение электролиза.