Les lois de Faraday de l'électrolyse

Les lois de l'électrolyse de Faraday sont des relations quantitatives basées sur les recherches électrochimiques de Michael Faraday, qu'il a publiées en 1836.

Ces lois déterminent la relation entre la quantité de substances rejetées pendant l'électrolyse et la quantité d'électricité passée à travers l'électrolyte. Les lois de Faraday sont deux. Dans la littérature scientifique et dans les manuels, il existe différentes formulations de ces lois.

Électrolyse — libération de l'électrolyte de ses substances constitutives lors du passage électricité… Par exemple, lorsqu'un courant électrique traverse de l'eau légèrement acidifiée, l'eau se décompose en ses composants — les gaz (oxygène et hydrogène).

La quantité de substance libérée de l'électrolyte est proportionnelle à la quantité d'électricité traversant l'électrolyte, c'est-à-dire le produit de la force du courant par le temps pendant lequel ce courant circule. Par conséquent, le phénomène d'électrolyse peut servir à mesurer la force du courant et à déterminer unités courantes.

Électrolyte — une solution et généralement un liquide complexe qui conduit un courant électrique.Dans les batteries, l'électrolyte est une solution d'acide sulfurique (dans le plomb) ou une solution de potasse caustique ou de soude caustique (dans le fer-nickel). Dans les cellules galvaniques, les solutions de tous les composés chimiques (ammoniac, sulfate de cuivre, etc.) servent également d'électrolyte.

Michel Faraday (1791 - 1867)

Michael Faraday (1791-1867) — Physicien anglais, fondateur de la doctrine moderne des phénomènes électromagnétiques. Il a commencé sa vie professionnelle comme apprenti dans un atelier de reliure. Il n'a reçu qu'une éducation élémentaire, mais a étudié les sciences de manière indépendante et a travaillé comme assistant de laboratoire pour le chimiste Devi, il est devenu un grand scientifique, l'un des plus grands physiciens expérimentaux.

Farraday a ouvert phénomène d'induction électromagnétique, les lois de l'électrolyse, ont développé la doctrine des champs électriques et magnétiques et posé fondements des concepts modernes de champ électromagnétique… Il fut le premier scientifique à avoir l'idée de la nature vibratoire, ondulatoire des phénomènes électromagnétiques.

La première loi de Faraday sur l'électrolyse

La masse d'une substance qui précipitera sur une électrode pendant l'électrolyse est directement proportionnelle à la quantité d'électricité transférée à cette électrode (passée à travers l'électrolyte). La quantité d'électricité fait référence à la quantité de charge électrique, généralement mesurée en pendentifs.

Deuxième loi de Faraday sur l'électrolyse

Pour une quantité d'électricité (charge électrique) donnée, la masse d'un élément chimique qui va se déposer sur une électrode lors de l'électrolyse est directement proportionnelle à la masse équivalente de cet élément. La masse équivalente d'une substance est sa masse molaire divisée par un nombre entier, selon la réaction chimique dans laquelle la substance est impliquée.

Ou

La même quantité d'électricité entraîne la libération de masses équivalentes de substances différentes sur les électrodes lors de l'électrolyse. Pour libérer une mole de l'équivalent de n'importe quelle substance, il faut dépenser la même quantité d'électricité, à savoir 96485 C. Cette constante électrochimique est appelée Numéro de Faraday.

Les lois de Faraday sous forme mathématique

• m est la masse de la substance déposée sur l'électrode ;

• Q est la valeur de la charge électrique totale dans les pendants, passée lors de l'électrolyse ;

• F = 96485,33 (83) C / mol — nombre de Faraday ;

• M est la masse molaire de l'élément en g/mol ;

• z - nombre de valence des ions d'une substance (électrons par ion);

• M / z — masse équivalente de la substance appliquée sur l'électrode.

Appliqué à la première loi d'électrolyse de Faraday, M, F et z sont des constantes, donc plus Q est élevé, plus m sera élevé.

En termes de deuxième loi d'électrolyse de Faraday, Q, F et z sont des constantes, donc plus il y a de M / z, plus il y aura de m.

Pour le courant continu, nous avons

• n est le nombre de moles (quantité de substance) libérées sur l'électrode : n = m/M.

• t est le temps de passage du courant continu dans l'électrolyte. Pour le courant alternatif, la charge totale est additionnée dans le temps.

• t est le temps total d'électrolyse.

Un exemple d'application des lois de Faraday

Il est nécessaire d'écrire l'équation des processus électrochimiques à la cathode et à l'anode lors de l'électrolyse d'une solution aqueuse de sulfate de sodium avec une anode inerte. La solution au problème sera la suivante. En solution, le sulfate de sodium se dissociera selon le schéma suivant :

Le potentiel d'électrode standard dans ce système est le suivant :

C'est un niveau de potentiel beaucoup plus négatif que pour une électrode à hydrogène en milieu neutre (-0,41 V). Par conséquent, sur l'électrode négative (cathode), la dissociation électrochimique de l'eau commencera par la libération d'hydrogène et d'ion hydroxyde selon le schéma suivant :

Et les ions sodium chargés positivement s'approchant de la cathode chargée négativement s'accumuleront près de la cathode, dans la partie adjacente de la solution.

L'oxydation électrochimique de l'eau se produira sur l'électrode positive (anode), ce qui entraînera la libération d'oxygène, selon le schéma suivant :

Dans ce système, le potentiel d'électrode standard est de +1,23 V, ce qui est bien inférieur au potentiel d'électrode standard trouvé dans le système suivant :

Les ions sulfate chargés négativement se déplaçant vers l'anode chargée positivement s'accumuleront dans l'espace près de l'anode.