První a druhý zákon Faradaye

Elektrolyt má vždy určitý počet iontů s znaménkem plus a minus, což je důsledkem interakce molekul rozpuštěné látky s rozpouštědlem. Když se v něm objeví elektrické pole, ionty se začnou pohybovat k elektrodám, kladné se obráti na katodu, negativní na anodu. Po dosažení elektrod jim ionty dodávají náboje, přeměňují se na neutrální atomy a ukládají na elektrody. Čím více iontů přistupuje k elektrodám, tím víc bude na nich uloženo.

Na tento závěr můžeme dospět zkušeností. Přejdeme proudem vodným roztokem síran měďnatý a pozorujeme uvolňování mědi na uhlíkové katodě. Zjistili jsme, že zpočátku bude pokryta sotva viditelnou vrstvou mědi, pak když proud prochází, zvýší se a pokud se proud vysílá dlouhou dobu, uhlíková elektroda značnou tloušťku vrstvy mědi, ke které je snadné spájet například měděný drát.

Fenomén uvolňování látky na elektrodách během průchodu proudu elektrolytem se nazývá elektrolýza.

Prochází různými elektrolýzy různými proudy a pečlivě měří hmotnost látky uvolněné na elektrodách z každého elektrolytu, angličtinu fyzik Faraday v letech 1833 - 1834. objevily dva zákony pro elektrolýzu.

První zákon Faraday stanoví vztah mezi hmotou uvolněné hmoty během elektrolýzy a množstvím náboje, které prošlo elektrolytem.

Tento zákon je formulován takto: hmotnost látky, která byla uvolněna během elektrolýzy na každé elektrodě, je přímo úměrná velikosti náboje, která prošla elektrolytem:

m = kq,

kde m je hmotnost uvolněné látky, q je náboj.

Množství k je elektrochemický ekvivalent látky. Je charakteristická pro každou látku uvolněnou během elektrolytu.

Pokud vzorec trvá q = 1 jako coulomb, pak k = m, tj. elektrochemický ekvivalent látky se číselně rovná hmotnosti látky oddělené od elektrolytu při průchodu náboje do jednoho přívěsku.

Vyjádříme ve vzorci náboj přes proud I a čas t, dostaneme:

m = kIt.

První Faradayův zákon je experimentálně ověřen následovně. Průchodem proudu elektrolytů A, B a C. V případě, že jsou totožné, hmotnost vybrané látky v A, B a C, se pohlíží jako na proudy I, I1, I2. Počet látek vybraných v A, se rovná součtu objemů přidělených B a C, protože proud I = I1 + I2.

Druhého Faradayův zákon stanovuje závislost elektrochemického ekvivalentu atomové hmotnosti a valenční látky a formulovat následovně: elektrochemický ekvivalent látky bude úměrná jejich atomové hmotnosti a nepřímo úměrná jeho mocenství.

Poměr atomové hmotnosti látky k jejímu valence se nazývá chemický ekvivalent látky. Po zavedení této hodnoty může být druhý zákon Faraday formulován odlišně: elektrochemické ekvivalenty látky jsou úměrné jejich vlastním chemickým ekvivalentům.

Nechť elektrochemické ekvivalenty různých látek jsou rovny k1 a k2, k3, hellip-, kn, chemické ekvivalenty stejných látek x1 a x2, x23, xi = k2 / x2 = k3 / x3 = k1 / x2 = x1 / x2 = hellip- = kn / xn.

Jinými slovy, poměr velikosti elektrochemického ekvivalentu látky k hodnotě stejné látky je konstantní hodnota, která má pro všechny látky stejnou hodnotu:

k / x = c.

Z toho vyplývá, že poměr k / x je konstantní pro všechny látky:

k / x = c = 0, 01036 (mg-eq) / k.

Hodnota c ukazuje, kolik miligramových ekvivalentů látky se uvolňuje na elektrodách během průchodu elektrolytem elektrický náboj, se rovná 1 coulombu. Druhý zákon Faraday je reprezentován vzorcem:

k = cx.

Nahrazením výsledného výrazu pro k do prvního Faradayova zákona lze obě kombinovat do jednoho výrazu:

m = kq = cxq = cxIt,

kde c je univerzální konstanta rovnající se 0, 00001036 (g-ekv) / k.

Tato rovnice ukazuje, že při průchodu stejný proud za stejné časové období ve dvou různých elektrolytu jsme oddělit jak množství látek, elektrolytů, které se týkají této sloučeniny, jak chemické ekvivalenty.

Protože x = A / n, můžeme psát:

m = cA / nIt,

tj. hmotnost hmoty uvolněné na elektrodách během elektrolýzy bude přímo úměrná její hmotnosti atomová hmotnost, proud, čas a nepřímo úměrný valence.

Druhý Faradayův zákon pro elektrolýzu, stejně jako první, přímo vyplývá z iontového charakteru proudu v řešení.

Zákon Faraday, Lenze a mnoho dalších vynikajících fyziků hrál obrovskou roli v historii tvorby a rozvoje fyziky.