Второй закон Фарадея

Второй закон Фарадея описывает связь между количеством электричества, прошедшего через электролит, и массой различных веществ, которые осаждаются или растворяются на электродах. Этот закон был также сформулирован Майклом Фарадеем в 1834 году и является дополнением к первому закону.

Формулировка Второго закона Фарадея

Второй закон Фарадея гласит:

"Массы различных веществ, осаждаемых или растворяемых на электродах при прохождении одного и того же количества электричества, пропорциональны их химическим эквивалентам."

Математическое выражение

Математически второй закон Фарадея можно выразить следующим образом:

$\frac{m_{1}}{m_{2}} = \frac{E_{1}}{E_{2}}$

где:

$m_{1}$ и $m_{2}$ — массы различных веществ, осаждаемых или растворяемых при прохождении одного и того же количества электричества,
$E_{1}$ и $E_{2}$ — их химические эквиваленты.

Химический эквивалент

Химический эквивалент $E$ вещества — это масса вещества, которая эквивалентна одному молю электронов. Он вычисляется как:

$E = \frac{M}{n}$

где:

$M$ — молярная масса вещества,
$n$ — число электронов, участвующих в реакции (валентность иона).

Объединение с первым законом

Объединяя первый и второй законы Фарадея, можно получить полное выражение для массы осаждаемого вещества:

$m = \frac{M \cdot Q}{n \cdot F}$

где:

$m$ — масса осаждаемого вещества,
$M$ — молярная масса вещества,
$Q$ — общее количество электричества (заряд),
$n$ — число электронов, участвующих в реакции,
$F$ — постоянная Фарадея.

Примеры и применения

Электролиз водных растворов солей: При электролизе растворов солей, таких как хлорид натрия (NaCl), можно предсказать, сколько натрия и хлора выделится на электродах при прохождении определенного количества электричества.
Электрохимическое осаждение металлов: Если через раствор соли одного металла пропустить определенное количество электричества, то, зная химический эквивалент этого металла, можно рассчитать массу осаждаемого металла.
Сравнительный анализ различных веществ: Второй закон позволяет сравнивать массы различных веществ, которые могут быть осаждены или растворены при одинаковом количестве электричества. Например, он показывает, что при прохождении одного и того же количества электричества, масса осажденного серебра будет больше, чем масса осажденного меди, из-за различий в их химических эквивалентах.

Пример расчета

Рассмотрим пример расчета масс меди и серебра, осажденных при прохождении одного и того же количества электричества через растворы их солей.

Молярная масса меди ( $C u$ ) $M_{C u} = 63.5 г/моль$
Молярная масса серебра ( $A g$ ) $M_{A g} = 107.9 г/моль$
Валентность меди $n_{C u} = 2$
Валентность серебра $n_{A g} = 1$

Химический эквивалент меди:

$E_{C u} = \frac{M_{C u}}{n_{C u}} = \frac{63.5}{2} = 31.75 г/моль$

Химический эквивалент серебра:

$E_{A g} = \frac{M_{A g}}{n_{A g}} = \frac{107.9}{1} = 107.9 г/моль$

Теперь, используя второй закон Фарадея, можно рассчитать массы меди и серебра, осажденных при одинаковом количестве электричества:

$\frac{m_{C u}}{m_{A g}} = \frac{E_{C u}}{E_{A g}} = \frac{31.75}{107.9}$

Таким образом, если масса осажденного серебра $m_{A g} = 1 г$ , то масса осажденной меди будет:

$m_{C u} = \frac{31.75}{107.9} \times 1 = 0.294 г$

Заключение

Второй закон Фарадея является фундаментальным принципом электрохимии, позволяющим количественно анализировать процессы электролиза. Он играет ключевую роль в промышленности, лабораторной практике и научных исследованиях, помогая предсказывать и контролировать осаждение и растворение различных веществ в электролитических процессах.

Второй закон Фарадея описывает связь между количеством электричества, прошедшего через электролит, и массой различных веществ, которые осаждаются или растворяются на электродах. Этот закон был также сформулирован Майклом Фарадеем в 1834 году и является дополнением к первому закону. Формулировка Второго закона Фарадея Второй закон Фарадея гласит: "Массы различных веществ, осаждаемых или растворяемых на электродах при прохождении одного и того же количества электричества, пропорциональны их химическим эквивалентам." Математическое выражение Математически второй закон Фарадея можно выразить следующим образом: $\frac{m_{1}}{m_{2}} = \frac{E_{1}}{E_{2}}$ где: $m_{1}$ и $m_{2}$ — массы различных веществ, осаждаемых или растворяемых при прохождении одного и того же количества электричества, $E_{1}$ и $E_{2}$ — их химические эквиваленты. Химический эквивалент Химический эквивалент $E$ вещества — это масса вещества, которая эквивалентна одному молю электронов. Он вычисляется как: $E = \frac{M}{n}$ где: $M$ — молярная масса вещества, $n$ — число электронов, участвующих в реакции (валентность иона). Объединение с первым законом Объединяя первый и второй законы Фарадея, можно получить полное выражение для массы осаждаемого вещества: $m = \frac{M \cdot Q}{n \cdot F}$ где: $m$ — масса осаждаемого вещества, $M$ — молярная масса вещества, $Q$ — общее количество электричества (заряд), $n$ — число электронов, участвующих в реакции, $F$ — постоянная Фарадея. Примеры и применения Электролиз водных растворов солей: При электролизе растворов солей, таких как хлорид натрия (NaCl), можно предсказать, сколько натрия и хлора выделится на электродах при прохождении определенного количества электричества. Электрохимическое осаждение металлов: Если через раствор соли одного металла пропустить определенное количество электричества, то, зная химический эквивалент этого металла, можно рассчитать массу осаждаемого металла. Сравнительный анализ различных веществ: Второй закон позволяет сравнивать массы различных веществ, которые могут быть осаждены или растворены при одинаковом количестве электричества. Например, он показывает, что при прохождении одного и того же количества электричества, масса осажденного серебра будет больше, чем масса осажденного меди, из-за различий в их химических эквивалентах. Пример расчета Рассмотрим пример расчета масс меди и серебра, осажденных при прохождении одного и того же количества электричества через растворы их солей. Молярная масса меди ( $C u$ ) $M_{C u} = 63.5 г/моль$ Молярная масса серебра ( $A g$ ) $M_{A g} = 107.9 г/моль$ Валентность меди $n_{C u} = 2$ Валентность серебра $n_{A g} = 1$ Химический эквивалент меди: $E_{C u} = \frac{M_{C u}}{n_{C u}} = \frac{63.5}{2} = 31.75 г/моль$ Химический эквивалент серебра: $E_{A g} = \frac{M_{A g}}{n_{A g}} = \frac{107.9}{1} = 107.9 г/моль$ Теперь, используя второй закон Фарадея, можно рассчитать массы меди и серебра, осажденных при одинаковом количестве электричества: $\frac{m_{C u}}{m_{A g}} = \frac{E_{C u}}{E_{A g}} = \frac{31.75}{107.9}$ Таким образом, если масса осажденного серебра $m_{A g} = 1 г$ , то масса осажденной меди будет: $m_{C u} = \frac{31.75}{107.9} \times 1 = 0.294 г$ Заключение Второй закон Фарадея является фундаментальным принципом электрохимии, позволяющим количественно анализировать процессы электролиза. Он играет ключевую роль в промышленности, лабораторной практике и научных исследованиях, помогая предсказывать и контролировать осаждение и растворение различных веществ в электролитических процессах.

Понравилась статья? Поделись с друзьями!