mani24 29,665 اشتراک گذاری ارسال شده در 6 دی، ۱۳۹۱ [h=2]قوانین الکترولیز فارادی[/h] الکترولیز یا برقکافت ، کاربردی از علم شیمی فیزیک است که مبنای آن ، اکسیداسیون و احیا و پتانسیلهای اکسید و احیای عناصر شیمیایی است و در آزمایشگاه و صنعت کاربردهای فراوانی دارد. قوانین حاکم بر الکترولیز ، قوانین فارادی است که با این قوانین آشنا میشویم. ● قانون اول فارادی: در الکترولیز وقتی که جریان الکتریکی از محلولهایی مثل اسید سولفوریک رقیق میگذرد، آب به اجزایش یعنی هیدروژن و اکسیژن تجزیه میشود. آنها در اطراف صفحات متصل به قطبهای منفی و مثبت باتری آزاد میشوند. محلولهایی از این نوع که با گذشتن جریان از آنها بطور شیمیائی تجزیه میشوند، الکترولیت نامیده میشوند و فرایند تجزیه ماده بر اثر جریان الکتریکی به الکترولیز معروف است و رساناهایی را که در الکترولیت فرو میبرند و جریان را به آن میرسانند، الکترود نام نهاده اند. الکترود مثبت به آند و الکترود منفی به کاتد معروف است. محصولات تجزیه الکترولیت مثل اکسیژن و هیدروژن تا وقتی که جریان عبور میکند، بر الکترودها مینشینند. جرم ماده ای را که در الکترود آزاد میشود، میتوان اندازه گرفت. اگر محلول چنان انتخاب شود که ماده آزاد شده بر الکترود رسوب کند، این جرم را میتوان به آسانی اندازه گرفت. مثلا اگر از محلول سلفات مس جریان بگذرد، مس بر کاتد رسوب میکند. این پدیده را در صورتیکه مثلا کاتد از کربن ساخته شده باشد، میتوان به آسانی مشاهده کرد. لایه نازک مس بر سطح سیاه کربن بوضوح مشاهده میشود. با وزن کردن کاتد قبل و بعد از آزمایش میتوان جرم فلز رسوب کرده را دقیقا معین کرد. اندازه گیری نشان میدهد که جرم ماده آزاد شده در هر الکترود ، به جریان الکتریکی و مدت الکترولیز بستگی دارد. با بستن مدار برای فواصل زمانی متفاوت میتوان اطمینان یافت که جرم ماده آزاد شده با مدت زمان عبور جریان متناسب است. بنابراین ، جرم آزاد شده در الکترولیز هم با جریان الکتریکی و هم با مدت زمان انجام آزمایش متناسب است. پس به حاصلضرب آنها نیز وابستگی دارد. اما این حاصلضرب مساوی باری است که از الکترولیت گذشته است. در نتیجه جرم ماده آزاد شده در الکترود متناسب است با بار یا مقدار الکتریسته ای که از الکترولیت گذشته است. این قانون مهم را اولین بار ، "فارادی" وضع کرد و به قانون اول فارادی در الکترولیتها معروف است. اگر m جرم ماده رسوب کرده ، I جریان الکتریکی ، t زمان الکترولیز و q بار کلی باشد که در مدت زمان t از الکترولیت گذشته است. قانون اول فارادی به شکل زیر نوشته میشود: m = Kq = KIt که در آن ، K ضریب تناسب است. با فرض اینکه q=۱ C (با کل یک کولن) باشد، در میابیم که ضریب K مساوی جرم ماده آزاد شده توسط بار ۱C ، یا به عبارت دیگر جرم ماده آزاد شده توسط جریان ۱A درمدت ۱S زمان است. بررسیهای فارادی نشان داد که هر ماده مقدار K معینی دارد که مشخصه آن ماده است. مثلا در الکترولیز نیترات نقره ، بار ۱C مقدار نقره ۱.۱۱۸۰mg را آزاد می*کند. همین مقدار نقره توسط ۱C در الکترولیز هر نمک نقره مثلا کلرور نقره ومانند آن آزاد میشود. جرم ماده آزاد شده در الکترولیز نمک هر فلز دیگری با این مقدار ، تفاوت خواهد داشت. کمیت K ، هم ارز الکتروشیمیایی ماده داده نامیده میشود. تعریف هم ارز الکتروشمیایی: هم ارز الکتروشیمیایی یک جسم ، عبارت است از جرم آزاد شده از این جسم در الکترولیز ، وقتی که یک کولن الکتریسته از محلول بگذرد. ● قانون دوم فارادی: با توجه به اینکه هم*ارز الکتروشیمیایی مواد مختلف بسیار متفاوت است، چه خواصی از جسم هم ارز الکتروشیمیایی آنرا تعیین میکنند؟ پاسخ این سوال در قانون مهم دیگری که آن را نیز فارادی با آزمایش به اثبات رساند، نهفته است. هم ارز الکتروشیمیایی اجسام مختلف با جرم مولی آنها متناسب است و با ظرفیت شیمیایی آنها نسبت عکس دارد. ظرفیت شیمیایی هر اتمی را با تعداد اتمهای هیدروژن تعریف میکنند که میتوانند با آن ، ترکیب یا جانشین آن شوند. مثال عددی برای توضیح قانون دوم: جرم مولی نقره ۰.۱۰۷۹Kg/mol و ظرفیت آن مساوی یک است. جرم مولی روی ۰.۰۶۵۱Kg/mol و ظرفیت آن دو است. بنابراین ، مطابق قانون دوم فارادی ، نسبت هم ارز الکتروشیمیائی نقره و روی برابر است با: ۳.۳۰ = (۰.۰۶۵۴/۲) / (۰.۱۰۷۹/۱) اگر هم ارز الکتروشیمیایی یک جسم را با [K [Kg/C ، جرم مولی آن را با [M [Kg/mol و ظرفیت آنرا با ( ۱,۲,۳,...) n نمایش دهیم، میتوان قانون دوم فارادی را به این شکل نوشت: (K = (۱/F) (M/n در اینجا F ضریب تناسب و ثابب عمومی است، یعنی برای تمام اجسام مقدار یکسان دارد. کمیت F به ثابت فارادی معروف است. مقدار آن که با آزمایش معین شده برابر است با: F=۹۶۴۸۴C/mol. برخی عناصر در ترکیبات مختلف ، ظرفیتهای متفاوتی از خود نشان میدهند، مانند مس که یک فلز دو ظرفیتی است. بنابراین مس ، دو هم ارز الکتروشیمیایی دارد. نسبت جرم مولی هر جسم به (ظرفیت شیمیایی آن ، هم ارز شیمیایی آن جسم نامیده میشود. این نسبت ، مبین جرم جسمی است که برای جایگزین یک مول هیدروژن در ترکیبات لازم است. برای اجسام تک ظرفیتی هم ارز الکتروشیمیایی اجسام با هم ارز شیمیایی آنها متناسب است. بنابراین دو قانون فارادی را در هم ادغام میکنیم که در آن ، جرم ماده آزاد شده بر اثر عبور مقدار الکتریسته q از الکترولیت است. این فرمول: m = (۱/F) (M/n) q مفهوم فیزیکی ساده ای دارد. ثابت فارادی F ، به عدد ، مساوی با باری (q) است که باید از هر الکترولیتی بگذرد تا مقدار جسم آزاد شده در الکترودها با هم ارز شیمیایی آن جسم (M/n) برابر باشد. نقل قول لینک به دیدگاه
ارسال های توصیه شده
به گفتگو بپیوندید
هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .