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:
где:
- и — массы различных веществ, осаждаемых или растворяемых при прохождении одного и того же количества электричества,
- и — их химические эквиваленты.
Химический эквивалент
Химический эквивалент вещества — это масса вещества, которая эквивалентна одному молю электронов. Он вычисляется как:
где:
- — молярная масса вещества,
- — 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:
где:
- — масса осаждаемого вещества,
- — молярная масса вещества,
- — общее количество электричества (заряд),
- — число электронов, участвующих в реакции,
- — 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 ()
- Молярная масса серебра ()
- Валентность меди
- Валентность серебра
Химический эквивалент меди:
Химический эквивалент серебра:
Теперь, используя второй закон Фарадея, можно рассчитать массы меди и серебра, осажденных при одинаковом количестве электричества:
Таким образом, если масса осажденного серебра , то масса осажденной меди будет:
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.