Перший і другий закон фарадея

Електроліт завжди має певну кількість іонів зі знаками "плюс" і "мінус", Одержані в результаті взаємодії молекул розчиненої речовини з розчинником. Коли в ньому виникає електричне полі, іони зрушуються до електродів, позитивні спрямовуються до катода, негативні - до аноду. Дійшовши до електродів, іони віддають їм свої заряди, перетворюються в нейтральні атоми і відкладаються на електродах. Чим більше іонів підійде до електродів, тим більше буде відкладено на них речовини.

До цього висновку ми можемо прийти і дослідним шляхом. Припустимо ток через водний розчин мідного купоросу і будемо спостерігати за виділенням міді на вугільному катоді. Ми виявимо, що спочатку він покриється ледь помітним шаром міді, потім у міру пропускання струму він буде збільшуватися, а при довготривалому пропущенні струму можна отримати на вугільному електроді значної товщини шар міді, до якого легко припаяти, наприклад, мідний дріт.

Явище виділення речовини на електродах у час проходження струму крізь електроліт називається електролізом.

Пропускаючи через різні електролізи різні струми і ретельно вимірюючи масу речовини, що виділяється на електродах з кожного електроліту, англійська фізик Фарадей в 1833 - 1834 рр. відкрив два закону для електролізу.

Перший закон Фарадея встановлює залежність між масою виділився речовини при електролізі і величиною заряду, який пройшов через електроліт.

Закон цей формулюється так: маса речовини, яка виділилася при електролізі, на кожному електроді прямо пропорційна величині заряду, який пройшов крізь електроліт:

m = kq,

де m - маса речовини, яка виділилася, q - заряд.

Величина k - електрохіміческімй еквівалент речовини. Вона характерна для кожної речовини, що виділяється при електроліті.

Якщо в формулі прийняти q = 1 кулона, тоді k = m, тобто електрохімічний еквівалент речовини буде чисельно дорівнювати масі речовини, виділеного з електроліту при проходженні заряду в один кулон.

Висловлюючи у формулі заряд через струм I і час t, отримаємо:

m = kIt.

Перший закон Фарадея перевіряється на досвіді наступним чином. Припустимо струм через електроліти А, В и С. Якщо всі вони однакові, то маси виділеного речовини в А, В та С будуть ставитися як струми I, I1, I2. При цьому кількість речовини, виділеного в А, дорівнюватиме сумі обсягів, виділених в В і С, так як струм I = I1 + I2.

Другий закон Фарадея встановлює залежність електрохімічного еквівалента від атомної ваги речовини і його валентності і формулюється так: електрохімічний еквівалент речовини буде пропорційний їх атомній вазі, а також обернено пропорційний його валентності.

Ставлення атомної ваги речовини до його валентності називається хімічним еквівалентом речовини. Ввівши цю величину, другий закон Фарадея сформулювати можна інакше: електрохімічні еквіваленти речовини пропорційні їх власним хімічним еквівалентів.

Нехай електрохімічні еквіваленти різних речовин відповідно рівні k1 і k2, k3, …, kn, хімічні ж еквіваленти тих же речовин x1 і x2, x23, …, xn, тоді k1 / k2 = x1 / x2, або k1 / x1 = k2 / x2 = k3 / x3 = … = kn / xn.

Інакше кажучи, відношення величини електрохімічного еквівалента речовини до величини того ж речовини є величина постійна, що має всім речовин одне і те ж значення:

k / x = c.

Звідси випливає, що відношення k / x є постійним для всіх речовин:

k / x = c = 0, 01036 (мг-екв) / к.

Величина з показує, як міліграм-еквівалентів речовини виділяється на електродах під час проходження через електроліт електричного заряду, дорівнює 1 кулона. Другий закон Фарадея представлений формулою:

k = cx.

Підставляючи отриманий вираз для k в перший закон Фарадея, обидва можна об`єднати в одному вираженні:

m = kq = cxq = cxIt,

де с - універсальна стала, що дорівнює 0, 00001036 (г-екв) / к.

Ця формула показує, що, пропускаючи однакові струми протягом одного і того ж проміжку часу через два різних електроліту, ми виділимо з обох електролітів кількості речовин, що відносяться як хімічні еквіваленти таких.

Так як x = A / n, то можна написати:

m = cA / nIt,

тобто, маса речовини, виділеного на електродах при електролізі, буде прямо пропорційна його атомній вазі, току, часу і обернено пропорційна валентності.

Другий закон Фарадея для електролізу, так само, як і перший, безпосередньо випливає з іонного характеру струму в розчині.

Закон Фарадея, Ленца, а також багатьох інших видатних фізиків зіграв величезну роль в історії становлення та розвитку фізики.