راهی برای درست کردن سایت

قوانین الکترولیز فارادی
الکترولیزیابرقکافت، کاربردی از علمشیمیفیزیکاست که مبنای آن ، اکسیداسیون و احیا و پتانسیلهای اکسید و احیای عناصرشیمیایی است و در آزمایشگاه و صنعت کاربردهای فراوانی دارد. قوانین حاکم برالکترولیز ، قوانین فارادی است که با این قوانین آشنا می‌شویم.
قانون اول فارادی در الکترولیز
وقتی که جریان الکتریکی از محلولهایی مثلاسیدسولفوریکرقیق می‌گذرد،آببه اجزایش یعنیهیدروژنواکسیژنتجزیه می‌شود. آنها در اطراف صفحات متصل به قطبهای منفی و مثبت باتری آزاد می‌شوند. محلولهایی از این نوع که با گذشتن جریان از آنها بطور شیمیائی تجزیه می‌شوند،الکترولیتنامیده می‌شوند و فرایند تجزیه ماده بر اثر جریان الکتریکی بهالکترولیزمعروف است و رساناهایی را که در الکترولیت فرو می‌برند و جریان را به آن می‌رسانند،الکترودنام نهاده‌اند. الکترود مثبت بهآندو الکترود منفی بهکاتدمعروف است.
محصولات تجزیه الکترولیت مثل اکسیژن و هیدروژن تا وقتی که جریان عبور می‌کند،بر الکترودها می‌نشینند. جرم ماده ای را که در الکترود آزاد می‌شود، می‌توان اندازهگرفت. اگر محلول چنان انتخاب شود که ماده آزاد شده بر الکترود رسوب کند، این جرم رامی‌توان به‌آسانی اندازه گرفت. مثلا اگر از محلول سلفات مس جریان بگذرد،مسبرکاتد رسوب می‌کند. این پدیده را در صورتیکه مثلا کاتد ازکربنساختهشده باشد، می‌توان به‌آسانی مشاهده کرد. لایه نازک مس بر سطح سیاه کربن بوضوحمشاهده می‌شود. با وزن کردن کاتد قبل و بعد از آزمایش می‌توان جرم فلز رسوب کرده رادقیقا معین کرد.
اندازه‌گیری نشان می‌دهد که جرممادهآزاد شده در هرالکترود ، به جریان الکتریکی و مدت الکترولیز بستگی دارد. با بستن مدار برای فواصلزمانی متفاوت می‌توان اطمینان یافت که جرم ماده آزاد شده با مدت زمان عبور جریانمتناسب است. بنابراین ، جرم آزاد شده در الکترولیز هم با جریان الکتریکی و هم بامدت زمان انجام آزمایش متناسب است. پس به حاصلضرب آنها نیز وابستگی دارد. اما اینحاصلضرب مساوی باری است که از الکترولیت گذشته است. در نتیجه جرم ماده آزاد شده درالکترود متناسب است با بار یا مقدار الکتریسته ای که از الکترولیت گذشته است. اینقانون مهم را اولین بار ، "فارادی" وضع کرد و بهقانون اول فارادی درالکترولیتهامعروف است.
اگر m  جرم ماده رسوب کرده ، I جریان الکتریکی ، t زمان الکترولیز و q بار کلیباشد که در مدت زمان t از الکترولیت گذشته است. قانون اول فارادی به شکل زیر نوشتهمی‌شود: m=Kq=KIt که در آن ، K ضریب تناسب است. با فرض اینکه q=1 C (با کل یک کولن) باشد، در می‌یابیم که ضریب K مساوی جرم ماده آزاد شدهتوسط بار 1C ، یا به عبارت دیگر جرم ماده آزاد شده توسط جریان 1A درمدت 1S زمان است.
بررسی‌هایفارادینشان داد که هر ماده مقدار K معینی دارد که مشخصه آنماده است. مثلا در الکترولیز نیترات نقره ، بار 1C مقدارنقره 1.1180mg را آزاد می‌کند. همین مقدار نقره توسط 1C در الکترولیز هر نمک نقره مثلاکلرور نقره ومانند آن آزاد می‌شود. جرم ماده آزاد شده در الکترولیز نمک هر فلزدیگری با این مقدار ، تفاوت خواهد داشت. کمیت K ،هم‌ارز الکتروشیمیایی ماده دادهنامیده می‌شود.
تعریف هم‌ارز الکتروشمیایی
هم‌ارز الکتروشیمیایی یک جسم ، عبارت است ازجرم آزاد شده از این جسم در الکترولیز ، وقتی که یک کولن الکتریسته از محلول بگذرد.
قانون دوم فارادی
با توجه به اینکه هم‌ارز الکتروشیمیایی مواد مختلف بسیارمتفاوت است، چه خواصی از جسم هم‌ارز الکتروشیمیایی آنرا تعیین می‌کنند؟ پاسخ اینسوال در قانون مهم دیگری که آن را نیزفارادیبا آزمایش به‌اثبات رساند،نهفته است.
هم‌ارز الکتروشیمیایی اجسام مختلف با جرم مولی آنها متناسباست و با ظرفیت شیمیایی آنها نسبت عکس دارد. ظرفیت شیمیایی هر اتمی را با تعداداتم‌هایهیدروژنتعریف می‌کنند که می‌توانند با آن ، ترکیب یا جانشین آن شوند.
مثال عددی برای توضیح قانون دوم
جرم مولی نقره 0.1079Kg/mol و ظرفیت آنمساوی یک است. جرم مولیروی 0.0651Kg/mol و ظرفیت آندو است. بنابراین ، مطابق قانون دوم فارادی ، نسبت هم‌ارز الکتروشیمیائی نقره و رویبرابر است با: 3.30=(0.0654/2)/(0.1079/1)
اگر هم‌ارز الکتروشیمیایی یک جسم را با [K[Kg/C ، جرم مولی آن را با [M[Kg/mol و ظرفیت آنرا با ( 1,2,3,...) n نمایش دهیم، می‌توان قانوندوم فارادی را به این شکل (K=(1/F)(M/n نوشت. در اینجا F ضریب تناسبو ثابب عمومی است، یعنی برای تمام اجسام مقدار یکسان دارد. کمیت F بهثابت فارادیمعروف است. مقدار آن که با آزمایش معین شده برابر است با:
F=96484C/mol
برخی عناصر در ترکیبات مختلف ، ظرفیتهای متفاوتی از خود نشان می‌دهند، مانندمسکهیک فلز دو ظرفیتی است. بنابراین مس ، دو هم‌ارز الکتروشیمیایی دارد. نسبت جرم مولیهر جسم به (ظرفیت شیمیایی آن ، هم‌ارز شیمیایی آن جسم نامیده می‌شود. این نسبت ،مبین جرم جسمی است که برای جایگزین یک مول هیدروژن در ترکیبات لازم است.
برای اجسام تک‌ظرفیتی هم‌ارز الکتروشیمیایی اجسام با هم‌ارز شیمیایی آنهامتناسب است. بنابراین دو قانون فارادی را در هم ادغام می‌کنیم که در آن ، جرم مادهآزاد شده بر اثر عبور مقدار الکتریسته q از الکترولیت است. این فرمول m=(1/F)(M/n) q مفهوم فیزیکی ساده ای دارد. ثابت فارادی F ، به عدد ،مساوی با باری (q) است که باید از هر الکترولیتی بگذرد تا مقدار جسم آزاد شده درالکترودها با هم‌ارز شیمیایی آن جسم (M/n) برابر باشد.
کاربردهای الکترولیز
الکترولیزیابرقکافت، کاربردی از علمشیمیفیزیکاست که مبنای آن ، اکسیداسیون و احیا و پتانسیلهای اکسید و احیای عناصرشیمیایی است و در آزمایشگاه و صنعت کاربردهای فراوانی دارد. با برخی از اینکاربردها آشنا می‌شویم.
اندازه گیری جریان الکتریکی
الکترولیز ، روش مناسبی برای اندازه گیری باریاست که از بخش معینی از مدار می‌گذرد. برای این منظور ، باید یک ظرف الکترولیتی رابه این جزء مدارمتصل کرد ( مانند بدست آوردننقره ) و جرم ماده رسوبکرده بر الکترودها را اندازه گرفت. از تقسیم جرم رسوب بر هم‌ارز الکتروشیمیایی آن ،مقدار باری که از این قسمت مدار گذشته است، بدست می‌آید.
برای تعیین جریانالکتریکی در مدار ، کافی است که جرم رسوب کرده روی الکترودها در زمانی را که طولکشیده است، اندازه بگیریم. اگر در این مدت زمان ، جریان تغییر نکرده باشد، نسبت جرمرسوب به زمان و هم‌ارز الکتروشیمیایی بر طبققوانینالکترولیز فارادیجریان مدار را بدست می‌دهد.