Faradaysche Gesetze der Elektrolyse

Faradays Elektrolysegesetze sind quantitative Beziehungen, die auf Michael Faradays elektrochemischen Forschungen basieren, die er 1836 veröffentlichte.

Diese Gesetze bestimmen das Verhältnis zwischen der Menge der freigesetzten Stoffe während der Elektrolyse und die Menge an Elektrizität, die durch den Elektrolyten fließt. Faradays Gesetze sind zwei. In der wissenschaftlichen Literatur und in Lehrbüchern gibt es unterschiedliche Formulierungen dieser Gesetze.

Elektrolyse — Freisetzung seiner Bestandteile aus dem Elektrolyten während der Passage Elektrizität… Wenn beispielsweise ein elektrischer Strom durch leicht angesäuertes Wasser fließt, wird das Wasser in seine Bestandteile – Gase (Sauerstoff und Wasserstoff) – zerlegt.

Die aus dem Elektrolyten freigesetzte Stoffmenge ist proportional zur Strommenge, die durch den Elektrolyten fließt, also das Produkt aus der Stärke des Stroms mal der Zeit, in der dieser Strom fließt. Daher kann das Phänomen der Elektrolyse dazu dienen, die Stärke des Stroms zu messen und zu bestimmen aktuelle Einheiten.

Elektrolyt — eine Lösung und im Allgemeinen eine komplexe Flüssigkeit, die elektrischen Strom leitet.In Batterien ist der Elektrolyt eine Lösung aus Schwefelsäure (in Blei) oder eine Lösung aus Kalilauge oder Natronlauge (in Eisen-Nickel). In galvanischen Zellen dienen auch Lösungen beliebiger chemischer Verbindungen (Ammoniak, Kupfersulfat etc.) als Elektrolyt.

Michael Faraday (1791 - 1867)

Michael Faraday (1791 – 1867) – englischer Physiker, Begründer der modernen Lehre elektromagnetischer Phänomene. Er begann sein Berufsleben als Lehrling in einer Buchbinderei. Er erhielt nur eine Grundschulausbildung, studierte aber selbständig Naturwissenschaften und arbeitete als Laborassistent für den Chemiker Devi. Er wurde ein großer Wissenschaftler, einer der größten Experimentalphysiker.

Farraday öffnete sich Phänomen der elektromagnetischen Induktion, die Gesetze der Elektrolyse, entwickelte die Lehre von elektrischen und magnetischen Feldern und legte sie fest Grundlagen moderner elektromagnetischer Feldkonzepte… Er war der erste Wissenschaftler, der die Idee der Schwingungs- und Wellennatur elektromagnetischer Phänomene hatte.

Faradays erstes Gesetz der Elektrolyse

Die Masse einer Substanz, die sich während der Elektrolyse an einer Elektrode niederschlägt, ist direkt proportional zur Menge an Elektrizität, die an diese Elektrode übertragen wird (durch den Elektrolyten geleitet wird). Die Strommenge bezieht sich auf die Menge der elektrischen Ladung, die normalerweise in Anhängern gemessen wird.

Faradays zweites Gesetz der Elektrolyse

Bei einer gegebenen Strommenge (elektrische Ladung) ist die Masse eines chemischen Elements, die sich während der Elektrolyse auf einer Elektrode ablagert, direkt proportional zur äquivalenten Masse dieses Elements. Die Äquivalentmasse eines Stoffes ist seine Molmasse dividiert durch eine ganze Zahl, abhängig von der chemischen Reaktion, an der der Stoff beteiligt ist.

Oder

Die gleiche Strommenge führt bei der Elektrolyse dazu, dass an den Elektroden äquivalente Massen unterschiedlicher Stoffe freigesetzt werden. Um ein Mol des Äquivalents eines Stoffes freizusetzen, muss die gleiche Menge Strom aufgewendet werden, nämlich 96485 °C. Diese elektrochemische Konstante nennt man Faraday-Zahl.

Faradaysche Gesetze in mathematischer Form

• m ist die Masse der auf der Elektrode abgeschiedenen Substanz;

• Q ist der Wert der gesamten elektrischen Ladung in den Anhängern, die während der Elektrolyse übertragen wird;

• F = 96485,33 (83) C/mol – Faradaysche Zahl;

• M ist die Molmasse des Elements in g/mol;

• z – Wertigkeitszahl der Ionen einer Substanz (Elektronen pro Ion);

• M / z – äquivalente Masse der auf die Elektrode aufgetragenen Substanz.

Auf Faradays erstes Elektrolysegesetz angewendet sind M, F und z Konstanten. Je mehr Q, desto mehr m.

Im Sinne des zweiten Faradayschen Elektrolysegesetzes sind Q, F und z Konstanten, d. h. je mehr M / z, desto mehr m.

Für Gleichstrom haben wir

• n ist die Anzahl der Mol (Stoffmenge), die an der Elektrode freigesetzt wird: n = m / M.

• t ist die Zeit, in der Gleichstrom durch den Elektrolyten fließt. Bei Wechselstrom wird die Gesamtladung über die Zeit summiert.

• t ist die gesamte Elektrolysezeit.

Ein Beispiel für die Anwendung der Faradayschen Gesetze

Es ist notwendig, die Gleichung der elektrochemischen Prozesse an Kathode und Anode während der Elektrolyse einer wässrigen Natriumsulfatlösung mit einer inerten Anode aufzuschreiben. Die Lösung des Problems wird wie folgt sein. In Lösung dissoziiert Natriumsulfat nach folgendem Schema:

Das Standardelektrodenpotential in diesem System ist wie folgt:

Dies ist ein viel negativeres Potentialniveau als bei einer Wasserstoffelektrode in einem neutralen Medium (-0,41 V). Daher beginnt an der negativen Elektrode (Kathode) die elektrochemische Dissoziation von Wasser mit der Freisetzung von Wasserstoff und Hydroxidionen nach dem folgenden Schema:

Und die positiv geladenen Natriumionen, die sich der negativ geladenen Kathode nähern, sammeln sich in der Nähe der Kathode im angrenzenden Teil der Lösung an.

An der positiven Elektrode (Anode) findet eine elektrochemische Oxidation von Wasser statt, die zur Freisetzung von Sauerstoff nach folgendem Schema führt:

In diesem System beträgt das Standardelektrodenpotential +1,23 V und liegt damit deutlich unter dem Standardelektrodenpotential des folgenden Systems:

Negativ geladene Sulfationen, die sich in Richtung der positiv geladenen Anode bewegen, sammeln sich im Raum in der Nähe der Anode an.