10.6.2 ЗаконИ ЕлектролІзУ

Перший закон Фарадея: Маса речовини m, яка піддається електрохімічному перетворенню на електроді, пропорційна кількості електрики q, що проходить через електроліт, і не залежить від інших чинників: m = A_e·q, де А_е  електрохімічна еквівалентна маса, яка визначається масою речовини, виділеною на електроді при проходженні через нього 1Кл електрики: A_e = m/q.

Однак електрохімічну еквівалентну масу зручніше розглядати як відношення еквівалентної маси m_екв до сталої Фарадея F: A_e = m_екв / F = M / z·F.

Стала Фарадея має такий фізичний зміст: F характеризує заряд одного еквівалента речовини, яка піддається електрохімічному перетворенню. Це стає зрозумілим виходячи з того, що один моль еквівалентів речовини несе 6,022·10²³ елементарних зарядів (стала Авогадро), а елементарний заряд дорівнює 1,602210^19 Кл. Звідси стала Фарадея: F = N_A·e = 6,022·10²³·1,6022·10^19 = 96485 Кл/моль  96500 Кл/моль.

Кількість електрики q (Кл) дорівнює добутку сили струму І (А) на тривалість електролізу  (с), тому перший закон Фарадея можна записати у вигляді m = A_e·I·, або:

Якщо речовина виділяється на електроді у газоподібному стані, то її об’єм обчислюють за рівнянням

Для практичних розрахунків рівняння уточнюють, використовуючи коефіцієнт виходу за струмом 

Коефіцієнт виходу за струмом  показує відношення маси речовини, що фактично виділилась m_факт, до теоретично можливої m_теор:  = m_факт / m_теор.

Другий закон Фарадея: Маси речовин, що виділяються на електродах під дією однакової кількості електрики, пропорційні еквівалентним масам цих речовин:

Із другого закону Фарадея випливає, що у послідовно підключених електролізерах (І=const, =const) маси речовин, що утворюються на електродах, прямо пропорційні їх хімічним еквівалентам: m₁ / m₂ = E₁ / E₂. Отже, при електролізі на катоді та на аноді електрохімічному перетворенню піддаються однакові кількості еквівалентів за умови однакової кількості електрики: n_екв1 = n_екв2, якщо q₁ = q₂.

10.6.3 Застосування ЕлектролІзУ

Найважливішими галузями застосування електролізу є такі:

1. Добування хімічно чистих речовин. Електролізом розчинів солей одержують метали Cu, Zn, Cd, Ni та ін. Крім цих речовин, методом електролізу виробляють F₂ із розплаву NaF, H₂ i O₂ із води (за наявності NaOH), MnO₂ із розчину MnSO₄, а також велику кількість окисників (KMnO₄, K₂CrO₄, H₂O₂, KClO) і деякі органічні сполуки, наприклад, анілін із нітробензену.

2. Рафінування (очищення) металів застосовується для одержання високочистих Cu, Ni, Au, Ag, Pb, Sn, Fe.

3. Гальваностегія  це електролітичний процес покриття одного металу іншим, більш стійким у механічному і хімічному відношенні.

4 Гальванопластика  це процес одержання точних металевих копій з рельєфних поверхонь методом катодного електроосаджування.

5. Електрохімічна анодна обробка металів  електролітичний метод формування виробів складної конфігурації із твердих та тугоплавких металів, які важко піддаються механічній обробці.

6. Анодне оксидування (анодування) найчастіше застосовується для обробки Mg, Al, Ti та сплавів на їх основі. У цьому методі деталь відіграє роль анода, а роль катода  свинець чи будь-який метал, що не взаємодіє з електролітом. Внаслідок анодування на поверхні виникає оксидна плівка з дуже цінними якостями. Вона тверда, а завдяки малим розмірам пор легко просочується різними речовинами, які можуть підвищувати корозійну стійкість поверхні, стійкість до зношування або електричний опір (до 10¹⁴Омсм).

7. Хемотроніка  використання електрохімічних процесів для хімічного перетворення інформації.Хемотрони використовують як датчики механічних,акустичних і сейсмічних коливань, оптичних модуляторів, посилювачів, випрямлячів, реле часу, генераторів струму і напруги, запам’ятовуючих та інтегруючих елементів інформаційно-обчислювальних комплексів.