กฎของกระแสไฟฟ้าของฟาราเดย์

กฎของอิเล็กโทรลิซิสของฟาราเดย์เป็นความสัมพันธ์เชิงปริมาณที่อ้างอิงจากงานวิจัยเคมีไฟฟ้าของไมเคิล ฟาราเดย์ ซึ่งเขาตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2379

กฎหมายเหล่านี้กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของสารที่ปล่อยออกมา ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส และปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ กฎของคูลอมบ์มีสองข้อ ในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์และในตำรามีการกำหนดกฎหมายเหล่านี้แตกต่างกัน

อิเล็กโทรลิซิส — ปล่อยสารที่เป็นส่วนประกอบออกจากอิเล็กโทรไลต์ในระหว่างทาง ไฟฟ้า… ตัวอย่างเช่น เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านน้ำที่มีความเป็นกรดเล็กน้อย น้ำจะถูกย่อยสลายเป็นส่วนประกอบต่างๆ ซึ่งก็คือก๊าซ (ออกซิเจนและไฮโดรเจน)

ปริมาณของสารที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรไลต์นั้นเป็นสัดส่วนกับปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ นั่นคือ ผลคูณของความแรงของกระแสไฟฟ้าคูณกับเวลาที่กระแสนี้ไหล ดังนั้นปรากฏการณ์ของอิเล็กโทรลิซิสจึงสามารถใช้ในการวัดความแรงของกระแสและกำหนดได้ หน่วยปัจจุบัน.

อิเล็กโทรไลต์ — สารละลายและโดยทั่วไปเป็นของเหลวเชิงซ้อนที่นำกระแสไฟฟ้าในแบตเตอรี่ อิเล็กโทรไลต์คือสารละลายของกรดซัลฟิวริก (ในตะกั่ว) หรือสารละลายของโพแทชโซดาไฟหรือโซดาไฟ (ในเหล็ก-นิกเกิล) ในเซลล์กัลวานิก สารละลายของสารประกอบทางเคมีใดๆ (แอมโมเนีย คอปเปอร์ซัลเฟต ฯลฯ) ยังทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์อีกด้วย

ไมเคิล ฟาราเดย์ (พ.ศ. 2334 - 2410)

ไมเคิล ฟาราเดย์ (พ.ศ. 2334 — พ.ศ. 2410) — นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ผู้ก่อตั้งหลักคำสอนสมัยใหม่เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า เขาเริ่มชีวิตการทำงานด้วยการเป็นเด็กฝึกงานในโรงเย็บเล่ม เขาได้รับเพียงการศึกษาระดับประถมศึกษา แต่ศึกษาวิทยาศาสตร์อย่างอิสระและทำงานเป็นผู้ช่วยห้องปฏิบัติการของนักเคมี Devi เขากลายเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ซึ่งเป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์ทดลองที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

ฟาร์ราเดย์เปิดใจ ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ากฎของกระแสไฟฟ้า พัฒนาหลักคำสอนของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก และวาง รากฐานของแนวคิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสมัยใหม่… เขาเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่มีแนวคิดเกี่ยวกับธรรมชาติของคลื่นสั่นสะเทือนของปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

กฎข้อที่หนึ่งของอิเล็กโทรลิซิสของฟาราเดย์

มวลของสารที่จะตกตะกอนบนอิเล็กโทรดระหว่างอิเล็กโทรไลซิสจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณไฟฟ้าที่ถ่ายโอนไปยังอิเล็กโทรดนั้น (ผ่านอิเล็กโทรไลต์) ปริมาณไฟฟ้าหมายถึงปริมาณประจุไฟฟ้า โดยปกติจะวัดเป็นจี้

กฎข้อที่สองของอิเล็กโทรลิซิสของฟาราเดย์

สำหรับปริมาณไฟฟ้าที่กำหนด (ประจุไฟฟ้า) มวลขององค์ประกอบทางเคมีที่จะสะสมบนอิเล็กโทรดในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลที่เท่ากันขององค์ประกอบนั้น มวลสมมูลของสารคือมวลโมลาร์หารด้วยจำนวนเต็ม ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับสารนั้น

หรือ

ปริมาณไฟฟ้าที่เท่ากันนำไปสู่การปลดปล่อยมวลที่เท่ากันของสารต่างๆ บนขั้วไฟฟ้าระหว่างการแยกด้วยไฟฟ้า ในการปลดปล่อยหนึ่งโมลที่เทียบเท่าของสารใด ๆ จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าในปริมาณที่เท่ากันคือ 96485 C ค่าคงที่ทางเคมีไฟฟ้านี้เรียกว่า หมายเลขฟาราเดย์.

กฎของคูลอมบ์ในรูปแบบคณิตศาสตร์

• m คือมวลของสารที่สะสมบนอิเล็กโทรด

• Q คือค่าของประจุไฟฟ้าทั้งหมดในจี้ที่ส่งผ่านในระหว่างการอิเล็กโทรลิซิส

• F = 96485.33 (83) C / mol — เลขของฟาราเดย์;

• M คือมวลโมลาร์ของธาตุในหน่วย g/mol;

• z — จำนวนเวเลนซ์ของไอออนของสาร (อิเล็กตรอนต่อไอออน);

• M / z — มวลสมมูลของสารที่ใช้กับอิเล็กโทรด

เมื่อนำไปใช้กับกฎข้อแรกของอิเล็กโทรลิซิสของฟาราเดย์ M, F และ z เป็นค่าคงที่ ดังนั้นยิ่ง Q มาก ค่า m ก็จะยิ่งมากขึ้น

ในแง่ของกฎข้อที่สองของการอิเล็กโทรลิซิสของฟาราเดย์ Q, F และ z เป็นค่าคงที่ ดังนั้นยิ่ง M / z มาก ค่า m ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

สำหรับกระแสตรงที่เรามี

• n คือจำนวนโมล (ปริมาณของสาร) ที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรด: n = m / M

• t คือเวลาที่กระแสตรงไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์ สำหรับไฟฟ้ากระแสสลับ ค่าใช้จ่ายทั้งหมดจะถูกรวมในช่วงเวลา

• t คือเวลาอิเล็กโทรลิซิสทั้งหมด

ตัวอย่างการใช้กฎของคูลอมบ์

จำเป็นต้องเขียนสมการของกระบวนการไฟฟ้าเคมีที่แคโทดและแอโนดในระหว่างการอิเล็กโทรลิซิสของสารละลายโซเดียมซัลเฟตในน้ำด้วยแอโนดเฉื่อย วิธีแก้ไขปัญหาจะเป็นดังต่อไปนี้ ในสารละลาย โซเดียมซัลเฟตจะแตกตัวตามรูปแบบต่อไปนี้:

ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานในระบบนี้มีดังต่อไปนี้:

นี่เป็นระดับศักย์ไฟฟ้าเชิงลบมากกว่าขั้วไฟฟ้าไฮโดรเจนในตัวกลางที่เป็นกลาง (-0.41 V) ดังนั้นที่ขั้วลบ (แคโทด) การแยกตัวของน้ำด้วยไฟฟ้าเคมีจะเริ่มต้นด้วยการปล่อยไฮโดรเจนและไฮดรอกไซด์ไอออนตามรูปแบบต่อไปนี้:

และไอออนของโซเดียมที่มีประจุบวกซึ่งเข้าใกล้แคโทดที่มีประจุลบจะสะสมอยู่ใกล้แคโทดในส่วนที่อยู่ติดกันของสารละลาย

ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของน้ำจะเกิดขึ้นบนขั้วบวก (ขั้วบวก) ซึ่งจะนำไปสู่การปล่อยออกซิเจนตามรูปแบบต่อไปนี้:

ในระบบนี้ ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานคือ +1.23 V ซึ่งต่ำกว่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานที่พบในระบบต่อไปนี้:

ไอออนซัลเฟตที่มีประจุลบซึ่งเคลื่อนเข้าหาขั้วบวกที่มีประจุบวกจะสะสมอยู่ในช่องว่างใกล้กับขั้วบวก