Legile electrolizei

Scopul lucrării:

Lucrarea își propune verificarea legilor lui Faraday. Estimând masa cationului, se poate determina echivalentul electrochimic K și mai apoi, luând în considerare caracteristicile electrolitului se poate calcula numărul lui Faraday, F. Astfel putem face un calcul estimativ pentru sarcina electrică elementară e.

Teoria lucrării:

La trecerea unui curent electric printr-o soluție a unei sări metalice are loc separarea ionilor de semn contrar ai acesteia și depunerea lor la electrozi-fenomen datorat electrolizei. Considerăm un vas cu un electrolit, iar în interior, de o parte și de alta, două plăci metalice (fig.1). Între aceste plăci vom aplica un câmp electric cu ajutorul unui generator de tensiune continuă. Apariția acestuia în vasul cu soluție conduce, în primă etapă, la separarea substanțelor ionice în ionii pozitivi și negativi ce-i compun. Imediat apoi, tot datorită câmpului electric, apare ordonarea ionilor respectivi. Astfel, cei negativi se orientează către electrodul pozitiv numit anod, iar cei pozitivi se orientează către electrodul negativ numit catod.

K A

(Fig. 1

În felul acesta, în vas, pe direcția câmpului electric se realizează mișcarea dirijată a purtătorilor de sarcină care determină apariția unui curent electric, curent ce se manifestă prin depunerea de substanță la electrozii instalației. Sensul curentului electric este considerat pe direcția de deplasare a purtătorilor pozitivi.

Electronii intră în celula de conducție prin catod. Ei se combină și neutralizează ionii pozitivi din soluție, cationii fiind astfel reduși. Ionii negativi poartă electronii prin soluție și se descarcă la anod, electronii continuându-și traseul în circuitul exterior. Anionii sunt astfel oxidați. Reducerea este adiția de electroni la specia chimică, proces care în cazul nostru are loc la catod, iar oxidarea este îndepărtarea de electroni, fenomen care în electroliză are loc la anod. Procesul de dirijare a ionilor către electrozi și transformarea lor în atomi sau radicali prin neutralizare se numește electroliză. Masa de substanță depusă pe unul dintre electrozi (m) este proporțională cu echivalentul ei electrochimic K și cu cantitatea de electricitate Q ce trece prin soluție.

m=K∙Q (1)

unde K se numește echivalent electrochimic și este numeric egală cu masa substanței depusă la unul dintre electrozi când prin electrolit trece o cantitate de electricitate egală cu un coulomb.

Expresia (1) este și prima lege a electrolizei, enunțată de Faraday în anul 1833. Cunoaștem relația de definire a curentului electric

I=Q/t

adică sarcina ce trece prin circuit în unitatea de timp.

Putem scrie relația (1) astfel:

???? = ???? ∙ ???? ∙ ???? (1`)

o nouă formulă a primei legi a electrolizei.

Echivalentul electrochimic K depinde de natura substanței depuse la electrod prin intermediul masei atomice a elementului (A), de valența substanței (n) și de un factor de proporționalitate constant (F), numit numărul lui Faraday. Rezumând această dependență putem scrie cea de-a doua lege a electrolizei: