5. Закони електролізу

Проходження електричного струму через електрохімічні системи зумовлює перебіг у них хімічних реакцій. Тому, має існувати залежність між кількістю пропущеної електрики і кількістю речовини, що утворилася. Ці залежності були відкриті в 1833-1836 рр. М. Фарадеєм. Їх можна звести до двох основних законів.

Перший закон Фарадея: маса речовини, що утворилася внаслідок електролізу, прямо пропорційна кількості пропущеного крізь систему електричного струму:

m = k^.q

де m – маса речовини, що виділилася на електроді; q – кількість електрики (дорівнює добутку сили струму І на час t:q = I^.t); k_е – коефіцієнт пропорційності, який називають електрохімічним елементом.

Якщо, q = 1 Кл або 1 А^.с , то m = k_е. Отже, електрохімічний еквівалент – це маса речовини, яка виділяється внаслідок проходження 1 Кл електрики, його розмірність – г/Кл, або г/(А^.с).

Другий закон Фарадея: маси різних речовин, які утворюються внаслідок пропускання однієї і тієї самої кількості електричного струму, відносяться між собою, як еквівалентні маси цих речовин:

=

Ці закони є вираженням того факту, що електричний струм у металах є потоком електронів. Тому кількість пропущеного електричного струму можна передати числом пропущених електронів, а число електронів визначає кількість речовини, що утворилася внаслідок реакції на електроді.

Обидва закони пов’язані між собою, їх можна пояснити з позиції атомно-молекулярного вчення. Справді, якщо для виділення на електроді одного атома елемента за реакцією:

Ме^{n +} + ne^- = Me або A^n- = A+ ne^-

Потрібно n електронів, то зі збільшенням числа електронів пропорційно зросте число утворених на електродах атомів (перший закон Фарадея).

Для виділення 1 моль атомів (6,022 ^.10²³ атомів) потрібно 6,022 ^.10^23.n електронів. Тоді, 6,022 ^.10²³ електронів мають виділити 1/n моль речовини, тобто 1 моль еквівалентів будь-якої речовини потрібно 96 485 Кл електрики. Отже, 96 485 Кл електричного струму відповідає сумарному заряду 6,022 ^.10²³ електронів. Це можна довести прямим обчисленням:

F = N_Ae⁺ = 6,022 ^.10²³ моль^-1.1,6022^.10^-19 Кл = 96 485 Кл/моль,

Де N_A- число Авогадро; e⁺ - абсолютний заряд електрона.

У цьому полягає фізичний зміст Фарадея F.

Оскільки для виділення 1 моль еквівалентів речовини крізь електрохімічну систему потрібно пропустити 96 485 Кл електрики, то електрохімічний еквівалент речовини М(1/nХ) до числа Фарадея:

k = , або k = .

Наприклад, електрохімічний еквівалент срібла (n = 1) дорівнює

k_Ag = = 0,001128 г/Кл,

а цинку (n = 2)

k_Zn = = 0,000328 г/Кл,

Враховуючи зазначене, закони Фарадея модна подати у загальному вигляді :

k =

Лекція 12 гальванічні елементи

Мета навчального заняття: поглибити й розширити знання про гальванічні елементи, електрорушійну силу, виведення рівняння Нернста, концентраційні ланцюги.

Обладнання: таблиці, схеми.

Методи навчання: загально-логічні (метод індукції, метод порівняння), методи хімічного дослідження (метод моделювання), загально-педагогічні методи (пояснювально-ілюстративний метод).

Ключові слова та терміни: стандартні електродні потенціали, процес окиснення, процес відновлення, окисно-відновні реакції, рівняння Нернста, окисники і відновники, значення ЕРС.

План

1. Окиснення та відновлення.

2. Електродні потенціали.

3. Гальванічні елементи.

4. Напрям перебігу окисно-відновних реакцій. Використання стандартних електродних потенціалів.

5. Ряд електрохімічних потенціалів металів.