Законы Фарадея

Первый закон Фарадея: количество вещества (m), выделяющееся при электролизе на электроде, прямо пропорционально количеству электричества, прошедшего через электролит:

m = kq

k – коэффициент пропорциональности – электрохимический эквивалент – количество вещества (г), выделяемое на электроде при пропускании 1 Кл электричества.

Количество электричества в кулонах (Кл) равно произведению силы тока (в амперах) на время (в секундах):

q = It

m = kIt

Второй закон Фарадея: при пропускании одинаковых количеств электричества через растворы или расплавы различных электролитов на электродах выделяются количества веществ, пропорциональные их химическим эквивалентам.

Если пропустить через электролитические ванны с растворами NaCl, CuSO₄, AgNO₃ одно и то же количества электричества и определить массы веществ, то окажется, что меньше всего выделится водорода (Э_Н = 1), а больше всего серебра (Э_Ag = 107,88).

Для выделения 1 г-экв любого вещества (Э) требуется пропустить через электролит одно и то же количество электричества, равное приблизительно 96500 Кл. Из пропорции Э : 96500 = k : 1 можно определить величину k

k = Э/96500

Объединенная формула законов Фарадея:

Количество вещества, выделившегося на электродах при электролизе, прямо пропорционально количеству прошедшего электричества и химическому эквиваленту данного вещества.

F = 96500 Кл – постоянная Фарадея.

Электролиз используют для выделения многих металлов из соединений, отделения металлов от примесей, нанесения металлических покрытий с целью защиты от коррозии, при электролитическом получении щелочей, хлора, окислителей, некоторых органических веществ.

О рентабельности работы установок по проведению электролиза судят по величине выхода по току. Он равен отношению количества практически выделенного вещества m_практ к количеству вещества, подсчитанному по закону Фарадея m_теор в соответствии с количеством пропущенного электричества. Выход по току выражается в %, чем он меньше, тем больше непроизводительная трата электрического тока.

Коррозия металлов

Коррозией называют разрушение материалов в результате химического и электрохимического воздействия на них окружающей среды.

Поверхность даже чистого (без примесей) металла не является вполне однородной. Она состоит из кристаллов различной величины, причем мелкие кристаллы обладают несколько повышенной растворимостью, чем крупные. Неоднородность еще более увеличивается при наличии примесей и включений в металле.

При контакте металлических поверхностей с электропроводящей средой (морской водой, атмосферной влагой, почвенной водой) вследствие различия потенциалов отдельных участков возникает множество короткозамкнутых микроскопически малых гальванических элементов (гальваническим элементом называют прибор, в котором энергия протекающих химических реакций превращается непосредственно в электрическую). Роль анодов играют зерна самого металла, загрязнения и примеси становятся анодами.

При анодных процессах ионы металла переходят из кристаллической решетки в раствор, а в металле остаются избыточные электроны, которые перемещаются к катодам и вызывают протекание на них катодных процессов:

2Н⁺ + 2е^- = Н₂

О₂ + 2Н₂О + 4е^- = 4ОН^-

На скорость коррозии влияют рН среды, температура, движение жидкости, состав и структура металла, деформация и напряжение, обработка поверхности.

Наиболее распространенным способом защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность изолирующих пленок. Различают неметаллические и металлические защитные покрытия.