قوانین الکترولیز فارادی - آکا

در این مقاله از سایت آکاایران مطلبی در مورد قوانین الکترولیز فارادی ارائه شده است ، همچنین برای مشاهده مقالات بیشتر در دسته از سایت علمی آکاایران مقالات بیشتری را مشاهده نمایید

الکترولیز یا برقکافت ، کاربردی از علم شیمی فیزیک است که مبنای آن ، اکسیداسیون و احیا و پتانسیلهای اکسید و احیای عناصر شیمیایی است و در آزمایشگاه و صنعت کاربردهای فراوانی دارد. قوانین حاکم بر الکترولیز ، قوانین فارادی است که با این قوانین آشنا می*شویم.


● قانون اول فارادی در الکترولیز
وقتی که جریان الکتریکی از محلولهایی مثل اسید سولفوریک رقیق می*گذرد، آب به اجزایش یعنی هیدروژن و اکسیژن تجزیه می*شود. آنها در اطراف صفحات متصل به قطبهای منفی و مثبت باتری آزاد می*شوند. محلولهایی از این نوع که با گذشتن جریان از آنها بطور شیمیائی تجزیه می*شوند، الکترولیت نامیده می*شوند و فرایند تجزیه ماده بر اثر جریان الکتریکی به الکترولیز معروف است و رساناهایی را که در الکترولیت فرو می*برند و جریان را به آن می*رسانند، الکترود نام نهاده*اند. الکترود مثبت به آند و الکترود منفی به کاتد معروف است.
محصولات تجزیه الکترولیت مثل اکسیژن و هیدروژن تا وقتی که جریان عبور می*کند، بر الکترودها می*نشینند. جرم ماده ای را که در الکترود آزاد می*شود، می*توان اندازه گرفت. اگر محلول چنان انتخاب شود که ماده آزاد شده بر الکترود رسوب کند، این جرم را می*توان به*آسانی اندازه گرفت. مثلا اگر از محلول سلفات مس جریان بگذرد، مس بر کاتد رسوب می*کند. این پدیده را در صورتیکه مثلا کاتد از کربن ساخته شده باشد، می*توان به*آسانی مشاهده کرد. لایه نازک مس بر سطح سیاه کربن بوضوح مشاهده می*شود. با وزن کردن کاتد قبل و بعد از آزمایش می*توان جرم فلز رسوب کرده را دقیقا معین کرد.
اندازه*گیری نشان می*دهد که جرم ماده آزاد شده در هر الکترود ، به جریان الکتریکی و مدت الکترولیز بستگی دارد. با بستن مدار برای فواصل زمانی متفاوت می*توان اطمینان یافت که جرم ماده آزاد شده با مدت زمان عبور جریان متناسب است. بنابراین ، جرم آزاد شده در الکترولیز هم با جریان الکتریکی و هم با مدت زمان انجام آزمایش متناسب است. پس به حاصلضرب آنها نیز وابستگی دارد. اما این حاصلضرب مساوی باری است که از الکترولیت گذشته است. در نتیجه جرم ماده آزاد شده در الکترود متناسب است با بار یا مقدار الکتریسته ای که از الکترولیت گذشته است. این قانون مهم را اولین بار ، "فارادی" وضع کرد و به قانون اول فارادی در الکترولیتها معروف است.
اگر m جرم ماده رسوب کرده ، I جریان الکتریکی ، t زمان الکترولیز و q بار کلی باشد که در مدت زمان t از الکترولیت گذشته است. قانون اول فارادی به شکل زیر نوشته می*شود: m=Kq=KIt که در آن ، K ضریب تناسب است. با فرض اینکه q=۱ C (با کل یک کولن) باشد، در می*یابیم که ضریب K مساوی جرم ماده آزاد شده توسط بار ۱C ، یا به عبارت دیگر جرم ماده آزاد شده توسط جریان ۱A درمدت ۱S زمان است.
بررسی*های فارادی نشان داد که هر ماده مقدار K معینی دارد که مشخصه آن ماده است. مثلا در الکترولیز نیترات نقره ، بار ۱C مقدار نقره ۱.۱۱۸۰mg را آزاد می*کند. همین مقدار نقره توسط ۱C در الکترولیز هر نمک نقره مثلا کلرور نقره ومانند آن آزاد می*شود. جرم ماده آزاد شده در الکترولیز نمک هر فلز دیگری با این مقدار ، تفاوت خواهد داشت. کمیت K ، هم*ارز الکتروشیمیایی ماده داده نامیده می*شود.
● تعریف هم*ارز الکتروشمیایی
هم*ارز الکتروشیمیایی یک جسم ، عبارت است از جرم آزاد شده از این جسم در الکترولیز ، وقتی که یک کولن الکتریسته از محلول بگذرد.
● قانون دوم فارادی
با توجه به اینکه هم*ارز الکتروشیمیایی مواد مختلف بسیار متفاوت است، چه خواصی از جسم هم*ارز الکتروشیمیایی آنرا تعیین می*کنند؟ پاسخ این سوال در قانون مهم دیگری که آن را نیز فارادی با آزمایش به*اثبات رساند، نهفته است.
هم*ارز الکتروشیمیایی اجسام مختلف با جرم مولی آنها متناسب است و با ظرفیت شیمیایی آنها نسبت عکس دارد. ظرفیت شیمیایی هر اتمی را با تعداد اتم*های هیدروژن تعریف می*کنند که می*توانند با آن ، ترکیب یا جانشین آن شوند.
● مثال عددی برای توضیح قانون دوم
جرم مولی نقره ۰.۱۰۷۹Kg/mol و ظرفیت آن مساوی یک است. جرم مولی روی ۰.۰۶۵۱Kg/mol و ظرفیت آن دو است. بنابراین ، مطابق قانون دوم فارادی ، نسبت هم*ارز الکتروشیمیائی نقره و روی برابر است با: ۳.۳۰=(۰.۰۶۵۴/۲)/(۰.۱۰۷۹/۱)
اگر هم*ارز الکتروشیمیایی یک جسم را با [K[Kg/C ، جرم مولی آن را با [M[Kg/mol و ظرفیت آنرا با ( ۱,۲,۳,...) n نمایش دهیم، می*توان قانون دوم فارادی را به این شکل (K=(۱/F)(M/n نوشت. در اینجا F ضریب تناسب و ثابب عمومی است، یعنی برای تمام اجسام مقدار یکسان دارد. کمیت F به ثابت فارادی معروف است. مقدار آن که با آزمایش معین شده برابر است با:
F=۹۶۴۸۴C/mol.
برخی عناصر در ترکیبات مختلف ، ظرفیتهای متفاوتی از خود نشان می*دهند، مانند مس که یک فلز دو ظرفیتی است. بنابراین مس ، دو هم*ارز الکتروشیمیایی دارد. نسبت جرم مولی هر جسم به (ظرفیت شیمیایی آن ، هم*ارز شیمیایی آن جسم نامیده می*شود. این نسبت ، مبین جرم جسمی است که برای جایگزین یک مول هیدروژن در ترکیبات لازم است.
برای اجسام تک*ظرفیتی هم*ارز الکتروشیمیایی اجسام با هم*ارز شیمیایی آنها متناسب است. بنابراین دو قانون فارادی را در هم ادغام می*کنیم که در آن ، جرم ماده آزاد شده بر اثر عبور مقدار الکتریسته q از الکترولیت است. این فرمول m=(۱/F)(M/n) q مفهوم فیزیکی ساده ای دارد. ثابت فارادی F ، به عدد ، مساوی با باری (q) است که باید از هر الکترولیتی بگذرد تا مقدار جسم آزاد شده در الکترودها با هم*ارز شیمیایی آن جسم (M/n) برابر باشد.
choogh

قوانین الکترولیز فارادی گردآوری توسط بخش مقالات شیمی سایت آکاایران

اخبار اکاایران

تبلیغات