4.Введение

Известно, что для прохождения тока через вещество необходимо выполнение двух условий:

1) наличие в этом веществе носителей тока — свободных электрических зарядов;

2) наличие электрического поля, которое заставит свободные заряды двигаться направленно,

В проводниках-металлах ток создается направленным движением электронов. В водных растворах кислот, солей, щелочей молекулы диссоциируют. При этом в равном количестве появляются положительные и отрицательные ионы. Если в таком растворе-электролите создать электрическое поле, то направленное движение ионов образует электрический ток. Электролиты обладают ионной проводимостью. Расплавы солей, щелочей также являются электролитами.

Для создания электрического поля в электролит погружаются электроды, подключенные к источнику тока. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду — катоду, отрицательные — к положительному — аноду. Отдавая свой заряд электродам, ионы оседают на них, если не происходят химические реакции у поверхности электродов. В результате происходит выделение вещества из раствора или расплава электролита на электродах. Такое явление называется электролизом. Его законы установлены Фарадеем.

1 З А К О Н: Масса m вещества, выделившегося на из электролита, пропорциональна прошедшему через электролит количеству электричества q (заряду):

m = kq (6. 0)

Так как заряд равен произведению силы тока на время прохождения заряда через электролит (q = It), то

m = kIt (6. 0)

где коэффициент пропорциональности k — электрохимический эквивалент.

Из (6 .1) имеем, что k = m / q, т.е. он числено равен массе вещества, выделившейся при прохождении через электролит заряда, равного одному кулону.

2 З А К О Н: Электрохимический эквивалент пропорционален химическому эквиваленту:

k = C ( A / Z) (6. 0)

где A / Z  химический эквивалент,

А  атомная масса вещества,

Z  его валентность.

Коэффициент С = 1 / F, где F  число Фарадея.

Тогда k = (1 / F ) • (A / Z) (6. 0 )

Оба закона можно объединить. Подставляя (6 .4) в (6 .1), получим: m = (1 / F) • (A / Z)• q. (6. 0)

Из объединенного закона Фарадея следует, что если

m = A / Z кг,

то F = q,

т.е. число Фарадея равно заряду, который должен пройти через электролит, чтобы из него выделился один моль одновалентного вещества.

Пусть заряд одного иона равен Z ∙ e, где е — заряд электрона. Тогда заряд, создаваемый n ионами будет равен

q = nZe (6. 0)

Масса, выделившегося на электроде вещества:

m = nm₀ (6. 0)

где m₀ — масса одного иона.

Так как в одном моле вещества содержится молекул, равное числу Авогадро (N_А = = 6,023• 10²³ моль^-1), то

m₀ = А / N_А (6. 0)

Из равенств (6 .7) и (6 .8) получаем:

m = (A / N_А ) n (6. 0)

Подставляя (6 .6) и (6 .9) в ( 6.5) получаем:

(A / N_А ) n = (1 / F) • (A / Z)• nZe,

откуда для заряда электрона получаем выражение:

е = F / N_А (6. 0)

Из формулы (6 .4)

F = A / Zk (6. 0)