Faraday'ın birinci ve ikinci kanunları

Elektrolit, çözünmüş maddenin moleküllerinin çözücü ile etkileşiminden kaynaklanan artı ve eksi işaretleri bulunan belirli sayıda iyona sahiptir. İçinde bir elektrik alanı göründüğünde, iyonlar elektrodlara doğru hareket etmeye başlar, pozitif olanlar katota, negatif olanları anota dönüşürler. Elektrotlara ulaşan iyonlar, yüklerini şarj eder, nötr atomlara dönüşür ve elektrotlara çöker. Elektronlara ne kadar çok iyon ne kadar çok yaklaşırsa, üzerine daha çok madde katlanacaktır.

Bu sonuca tecrübe yoluyla gelebiliriz. Akımı bakır sülfatın sulu bir solüsyonundan geçip karbon katotunda bakırın serbest bırakılmasını gözlemelim. İlk bakışta, neredeyse farkedilebilen bir bakır katıyla örtüleceğini, sonra da artacağı akımdan geçer ve eğer akım uzun süre iletilirse, lehimlenmenin kolay olduğu , önemli miktarda bir karbon elektrotunda, örneğin bakır telinde, bir bakır tabakası elde edilebilir.

Elektrolit ile akım geçişi sırasında elektrodlarda maddenin serbest bırakılması olgusu elektroliz olarak adlandırılır.

Farklı elektroliz yöntemleri ile çeşitli akımları geçerek elektrolitlerden elektrotlara salınan maddelerin kütlesini dikkatlice ölçerek İngiliz fizikçi Faraday 1833 - 1834 gg'de elektromanyetik etkileşime girdi. Elektroliz için iki kanun keşfedildi.

Faraday'ın birinci kanunu, elektroliz sırasında salınan maddenin kütlesi ile elektrolitten geçen şarj miktarı arasındaki ilişkiyi ortaya koyar.

Bu yasa şu şekilde formüle edilmiştir: her bir elektrot üzerinde elektroliz sırasında salınan madde kütlesi elektrolitten geçen yükün büyüklüğü ile doğru orantılıdır:

M = kq,

M, salınan maddenin kütlesidir, q yüktür.

K değeri, maddenin elektrokimyasal eşdeğeridür. Elektrolit sırasında salınan her madde için karakteristiktir.

Eğer formül bir coulomb olarak q = 1 alır, o zaman k = m, yani Maddenin elektrokimyasal eşdeğeri, yükün bir askıya geçmesiyle elektrolitten ayrılan maddenin kütlesine sayısal olarak eşit olacaktır.

Formülde, mevcut I ve zaman t boyunca yükü ifade edersek şunu elde ederiz:

M = kt.

İlk Faraday yasası deneysel olarak aşağıdaki şekilde doğrulanmıştır. Akımı A, B ve C elektrolitlerinden geçirelim. Hepsi aynı ise, A, B ve C'deki ayrılmış maddenin kitleleri I, I1, I2 akımları olarak adlandırılacaktır. Bu durumda, A'da izole edilen madde miktarı, akım I = I1 + I2 olduğu için B ve C'de izole edilen hacimlerin toplamına eşit olacaktır.

Faraday'ın ikinci kanunu elektrokimyasal eş değerin maddenin atom ağırlığına ve onun değerlikine bağımlılığını ortaya koyar ve şu şekilde formüle edilir: Maddenin elektrokimyasal eşdeğeri atom ağırlığına orantılıdır ve ayrıca değerlik ile ters orantılı olacaktır.

Bir maddenin atom ağırlığının değerine oranı, bir maddenin kimyasal eşdeğeri olarak adlandırılır. Bu değeri ortaya koyduktan sonra, Faraday'ın ikinci yasası farklı şekilde formüle edilebilir: Maddenin elektrokimyasal eşdeğerleri, kendi kimyasal eşdeğerleri ile orantılıdır.

Farklı maddelerin elektrokimyasal eşdeğerleri sırasıyla, aynı maddelerin x1 ve x2, x23, ..., xn, daha sonra k1 / k2 = x1 / x2 veya k1 / x1 = k2 / x2 kimyasal eşdeğerleri olan k1 ve k2, k3, ..., kn olsın = K3 / x3 = ... = kn / xn.

Başka bir deyişle, bir maddenin elektrokimyasal eşdeğerinin büyüklüğünün aynı maddenin değerine oranı, sabit bir değerdir ve tüm maddelere aynı değeri verir:

K / x = c.

Bu durumda k / x oranı tüm maddeler için sabittir:

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

C değeri, 1 askılı elektrik yükündeki elektroliti geçerken elektrotlarda kaç miligram eşdeğer maddenin serbest bırakıldığını gösterir. İkinci Faraday yasası aşağıdaki formül ile temsil edilir:

K = cx.

Elde edilen k için ifade edilen ifadeyi Faraday'ın ilk yasasına koyarak, her ikisi de tek bir ifadeyle birleştirilebilir:

M = kq = cxq = cxIt,

Burada c evrensel sabittir, 0, 00001036 (g-eşdeğer) / k'ye eşittir.

Bu formül, aynı zaman aralığı için aynı akımları iki farklı elektrolit üzerinden geçirerek, bu elektrolitlerin kimyasal eşdeğerleri ile ilgili maddelerin miktarlarını her iki elektrolitten ayırdığımızı gösterir.

X = A / n olduğu için şunu yazabiliriz:

M = cA / nIt,

Elektroliz sırasında elektrotlar üzerine salınan madde kütlesi, atom ağırlığı, akım ve zaman ile doğru orantılı olacak ve değerlik ile ters orantılı olacaktır.

Elektroliz için ikinci Faraday yasası, tıpkı birincisi gibi, çözeltideki akımın iyonik doğasından doğrudan geçer.

Faraday yasası, Lenz ve diğer birçok fizikçi, fizik oluşumu ve gelişimi tarihinde büyük rol oynadı.