Законы электролиза
С количественной стороны явления электролиза впервые были изучены в 30-х годах XIX в, английским физиком Михаилом Фарадеем, который в результате своих исследований установил следующие законы электролиза:
1. Весовое количество выделяемого при электролизе вещества пропорционально количеству протекшего через раствор электричества и совершенно не зависит ни от каких других факторов.
Закон этот логически вытекает из общего представления о механизме электропроводности растворов и сущности электролиза. Так как перенос электричества через раствор осуществляется только посредством одновременно разряжающихся ионов, то понятно, что количества выделившихся у электродов веществ всегда будут пропорциональны числу перенесенных по проводам электронов, т. е. количеству протекшего электричества.
2. Равные количества электричества выделяют при электролизе из различных химических соединений эквивалентные количества веществ.
Следующий опыт является наглядной иллюстрацией этого закона. Электрический ток пропускают через ряд растворов, содержащих, например, такие вещества: HCl, AgNО3, CuSО4, FeCl3, SnCl4 (рис. 133). Растворы помещают в приборы, позволяющие по окончании опыта определить количества выделившихся веществ (на рисунке приборы условно изображены в виде стаканов; в каждый стакан погружено два электрода). Чтобы через все растворы проходило совершенно одинаковое количество электричества, электроды соединяют последовательно.
Через некоторое время, когда у электродов накопится достаточное количество продуктов электролиза, прекращают пропускание тока и производят измерения. Оказывается, что за время, в течение которого из раствора соляной кислоты выделяется 1 г водорода, т. е. 1 грамматом, из остальных растворов выделяются указанные ниже количества металлов.
Сопоставляя выделившиеся количества металлов с атомными весами этих металлов, находим, что серебра выделяется один
грамматом, меди только 1/2 грамматома, железа 1/3 грамматома, а олова всего 1/4 грамматома. Другими словами, количества выделяющихся у катода веществ равны их граммэквивалентам. Ккакому же результату приводит и измерение количеств веществ, выделяющихся у анода. Так, в первом, четвертом и пятом приборах выделяется по 1 граммэквиваленту хлора (35,6 г), во втором и третьем приборах — по 1 граммэквиваленту кислорода (8 г.).
Законы электролиза относятся в равной мере и к электролизу растворов и к электролизу расплавов.
Рассматривая второй закон электролиза с точки зрения электронной теории, нетрудно понять, почему при электролизе вещества выделяются в химически эквивалентных количествах.Обратимся, например, к электролизу хлорного железа. При выделении железа из раствора каждый ион Fe••• получает от катода три электрона, в то же время три иона Cl’ отдают свои лишние электроны аноду» превращаясь в атомы хлора. Следовательно, «перенос» каждых трех электронов через раствор сопровождается выделением одного атома железа и трех атомов хлора. Сколько бы электронов ни прошло через раствор, число выделившихся атомов железа всегда будет втрое меньше числа выделившихся атомов хлора, т. е. количества железа и хлора будут относиться друг к другу, как их химические эквиваленты.
Измерениями установлено, что количество электричества, выделяющее при электролизе один граммэквивалент вещества, равно 96 500 кулонам . Исходя из этого, второй закон электролиза можно сформулировать еще так:
Для выделения из раствора электролита одного граммэкви-валента любого вещества нужно пропустить через раствор 96 500 кулонов.
Второй закон электролиза дает прямой метод определения эквивалентов различных элементов. На этом же законе основаны все расчеты, связанные с электрохимическими производствами.
Пример 1. Определить эквивалент никеля, если известно, что ток силой 2 ампера выделяет в течение 40 мин. из раствора никелевой соли 1,46 в никеля.
Находим количество электричества, прошедшего через раствор, пользуясь известной из физики формулой Q = I • t, Q — количество электричества в кулонах; I — сила тока в амперах; t — время в секундах.
Подставляя в эту формулу данные задачи, получаем:
Q = 2 • 40 • 60 = 4800 кулонов
Так как для выделения 1 граммэквивалента вещества требуется 96 500 кулонов, то граммэквивалент никеля определится из пропорции:
96 500 : 4800 = x : 1,46
x = (96500 • 1,46) : 4800 = 29,35 г.
Следовательно, эквивалент никеля 29,35.
Вы читаете, статья на тему Законы электролиза