§ 35. Электрический ток в электролитах
Закон электролиза Фарадея. Закон электролиза был экспериментально установлен Фарадеем в 1833 г.
Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит:
m = kq.
(1)
В формуле (1) коэффициент пропорциональности k называют электрохимическим эквивалентом данного вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося на одном из электродов при прохождении через электролит единичного электрического заряда. В СИ электрохимический эквивалент измеряют в килограммах на кулон . Значения электрохимических эквивалентов некоторых веществ приведены в таблице.
| Вещество | k, 10-8 |
Вещество | k, 10-8 |
| Алюминий | 9,32 | Никель (двухвалентный) | 30,4 |
| Водород | 1,04 | Никель (трёхвалентный) | 20,3 |
| Кислород | 8,29 | Хлор | 36,7 |
| Медь (одновалентная) | 65,9 | Хлом | 18,0 |
| Медь (двухвалентная) | 32,9 | Цинк | 33,9 |
Поскольку q = It, где I — сила тока, t — промежуток времени прохождения тока через электролит, то
m = kIt.
Никелирование изделия двухвалентным никелем осуществлялось в течение промежутка времени t = 20 мин при силе тока I = 15 А. Определите массу слоя никеля, осаждённого на изделии.
Массу m вещества, выделившегося на электроде при прохождении через электролит электрического заряда q, можно определить, зная массу m0 одного иона и число N осевших на этом электроде ионов:
,
,
где M — молярная масса выделившегося вещества, NА — постоянная Авогадро.
Тогда число ионов: .
С другой стороны, число ионов, нейтрализовавшихся на электроде:
где q0 — заряд одного иона. Так как заряд иона q0 кратен элементарному заряду e, то q0 = en, где n — валентность иона.
Значит, и
(2)
Сравнивая формулы (2) и (1), получим
(3)
Так как NА и е – универсальные постоянные, то физическую величину в честь М. Фарадея назвали постоянной Фарадея.
С учётом этого формулу (3) для определения электрохимического эквивалента вещества можно записать в виде:
Используя закон электролиза, можно определить значение заряда электрона в школьной лаборатории. Допустим, что I — сила тока, который проходил через электролит в течение промежутка времени t (можно измерить амперметром). При этом на электроде выделилось вещество, масса которого m (можно измерить, взвесив электрод до и после прохождения тока через электролит). Тогда модуль заряда электрона определяют по формуле.