Az első és a második Faraday-törvény
Az elektrolitnak mindig van egy bizonyos számú ionja plusz és mínusz jelekkel, ami az oldott anyag molekuláinak az oldószerrel való kölcsönhatásából ered. Amikor elektromos mező jelenik meg benne, az ionok elkezdenek az elektródák felé mozogni, a pozitívak a katódra fordulnak, a negatívok pedig az anódhoz. Miután elérte az elektródákat, az ionok adják nekik a töltetüket, semleges atomokká alakulnak és az elektródákon helyezkednek el. Minél több ion közeledik az elektródokhoz, annál több anyagot helyeznek el rájuk.
Ez a következtetés tapasztalattal jöhet. Húzzuk át az áramot réz-szulfát vizes oldatával, és figyeljük a réz felszabadulását a szén katódon. Azt találjuk, hogy azt először bevonva egy réteg réz alig észrevehető, majd mint a jelenlegi sávszélesség növeli meg, és a hosszan tartó áthaladását aktuális áll rendelkezésre a szén elektród jelentős vastagságú réteg réz, amely könnyen forrasz, például rézhuzal.
Az elektródáknak az elektroliton keresztül történő áramlása során az anyag felszabadulásának jelenségét elektrolízisnek nevezzük.
Különböző elektrolíziseken halad át különböző áramok és gondosan mérte fel az elektródákon felszabaduló anyagok tömegét az egyes elektrolitokból, az angol fizikus Faraday 1833-1834 gg. felfedezett két törvényt az elektrolízisre.
Az első Faraday-törvény megállapítja a felszabadult anyag tömegének az elektrolízis során bekövetkező tömegét és az elektroliton áthaladó töltés mennyiségét.
Ez a törvény a következőképpen van megfogalmazva: az elektrolízis során felszabaduló anyagok tömege az egyes elektródákon közvetlenül arányos az elektroliton áthaladó töltés nagyságával:
ahol m az engedélyezett anyag tömege, q a töltés.
A k mennyisége az anyag elektrokémiai megfelelője. Az elektrolit alatt felszabaduló valamennyi anyag esetében jellemző.
Ha a képlet q = 1 értékű, mint coulomb, akkor k = m, azaz. az anyag elektrokémiai egyenértéke számszerűen megegyezik az elektrolitból elválasztott anyag tömegével, a töltésnek az egyik medálra való átjárásával.
A képletben a töltést az aktuális I és a t időponton keresztül fejezzük ki:
Az első Faraday-törvényt az alábbi kísérletekkel ellenőrizzük. Húzzuk át az áramot az A, B és C elektrolitokon keresztül. Ha mindegyike azonos, az elválasztott anyag tömegeit az A, B és C -ben I, I1, I2 áramként kell feltüntetni. Ebben az esetben az A-ban izolált anyag mennyisége megegyezik a B és C izolált térfogatok összegével, mivel az I = I1 + I2 áram.
A második Faraday-törvény megállapítja a függőség a elektrokémiai ekvivalens atomsúlya és a vegyértéke anyagot, és az alábbiak szerint történik: elektrokémiai ekvivalens anyag arányos lesz az atomsúlya, és fordítottan arányos annak vegyértékű.
Az anyag atomtömegének és a vegyértékének arányát egy anyag kémiai ekvivalensének nevezik. Ezen érték bevezetése után a Faraday második törvényét másképp lehet megfogalmazni: az anyag elektrokémiai megfelelője arányos a saját kémiai ekvivalensével.
Legyen Elektrokémiai ekvivalens különböző anyagok rendre K1 és K2, K3, ..., kn, kémiai azonos ekvivalens ugyanazon anyagok x1 és x2, X23, ..., xn, majd K1 / K2 = x1 / x2, vagy k1 / x1 = k2 / x2 = k3 / x3 = ... = kn / xn.
Más szóval, egy anyag elektrokémiai egyenértékének nagysága az ugyanazon anyag értékére állandó érték, amely minden anyag esetében azonos értékű:
Ebből következik, hogy a k / x arány állandó minden anyag esetében:
k / x = c = 0, 01036 (mg-eq) / k.
A c értéke azt mutatja meg, hogy hány milligrammnyi mennyiségű anyag van felszabadítva az elektródokon az elektromos töltés elektrolitján áthaladva, ami 1 függő. A második Faraday-törvényt a következő képlet képviseli:
A k kifejtett expressziójának az első Faraday-törvénybe történő helyettesítésével mindkettő egyetlen kifejezéssel kombinálható:
ahol c az univerzális állandó, egyenlő 0, 00001036 (g-eqv) / k.
Ez a képlet azt mutatja, hogy az áthaladó ugyanaz az áram az azonos ideig két különböző elektrolit, akkor külön ki mind az egyes anyagok mennyiségével elektrolitok vonatkozó kémiai ekvivalensei.
Mivel x = A / n, írhatunk:
azaz az elektródák elektrolízis során felszabaduló anyag tömege közvetlenül arányos atomtömegével, áramerősségével, idejével és fordítottan arányos a vegyértékével.
A második Faraday-törvény az elektrolízishez hasonlóan az elsőhöz hasonlóan közvetlenül a folyadék ionos jellegéből következik.
Faraday, Lenz és számos más kiemelkedő fizikus törvénye óriási szerepet játszott a fizika kialakulásának és fejlődésének történetében.
