Первый закон Фарадея

Первый закон Фарадея описывает количественные аспекты электролиза, процесса, при котором электрический ток вызывает химическую реакцию. Закон был сформулирован Майклом Фарадеем в 1834 году.

 

Формулировка Первого закона Фарадея

Первый закон Фарадея гласит:

 

"Масса вещества, выделяющегося на электроде при электролизе, прямо пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролит."

 

Говоря иначе, если определенное количество электричества (электрического заряда) проходит через электролитический раствор, то масса осаждаемого или растворяемого вещества будет прямо пропорциональна этому количеству заряда.

 

Математическое выражение

Первый закон Фарадея может быть выражен математически следующим образом:

 

$m=Z\cdot Q$

 

где:

• $m$ — масса осаждаемого или растворяемого вещества,
• $Z$ — электрохимический эквивалент вещества,
• $Q$ — общее количество электричества (заряд).

 

Электрохимический эквивалент (Z)

Электрохимический эквивалент $Z$ — это масса вещества, которая выделяется или растворяется на электроде при прохождении одного кулона электричества через электролит. $Z$ можно вычислить как:

 

$Z=\frac{M}{n\cdot F}$

 

где:

• $M$ — молярная масса вещества,
• $n$ — число электронов, участвующих в электрохимической реакции (валентность иона),
• $F$ — постоянная Фарадея (количество электричества на один моль электронов), приблизительно равная 96485 Кл/моль.

 

Примеры и применения

1. Электролитическое получение металлов: Первый закон Фарадея используется для расчета массы металлов, осаждаемых на катоде при электролизе. Например, в процессе получения меди из медного купороса, количество выделенной меди будет прямо пропорционально количеству электричества, прошедшего через раствор.

2. Покрытие металлическими покрытиями (гальванизация): Закон используется для расчета количества металла, которое необходимо осадить на поверхность другого металла при гальваническом покрытии.

3. Аналитическая химия: В электролизе используется для определения концентрации веществ в растворах.

 

Историческое значение

Первый закон Фарадея является одним из первых количественных законов, связывающих электрические и химические явления, что привело к развитию электрохимии как отдельной научной дисциплины. Это также помогло понять природу электричества и химических реакций, лежащих в основе электролиза.

Таким образом, первый закон Фарадея является фундаментальным для понимания процессов, связанных с электролизом и имеет широкое применение в химии и физике, а также в промышленности.