ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
27
откуда первому закону Фарадея можно придать вид: kQM
=
, то есть
масса выделившегося вещества M пропорциональна прошедшему через
электролит количеству электричества Q. Коэффициент k называется
электрохимическим эквивалентом выделяемого вещества.
При Q =1 численно имеем M = k, то есть электрохимический эк-
вивалент численно равен массе вещества, выделившегося при прохож-
дении через электролит единицы количества электричества.
Второй закон Фарадея определяет величину электрохимического
эквивалента k. Прежде чем
формулировать второй закон Фарадея, на-
помним некоторые химические характеристики вещества.
Химическим эквивалентом элемента называется безразмерная ве-
личина, численно равная массе данного элемента, выраженной в грам-
мах, которая замещает в химических соединениях 1,0078 г водорода.
Валентностью элемента называется число атомов водорода, ко-
торое замещается в химическом соединении одним атомом данного эле-
мента. Обозначив
через A атомный вес элемента, через n – его валент-
ность, получим, что химический эквивалент равен A/n. Если взять A/n
граммов элемента, то такое количество этого элемента составит грамм-
эквивалент.
Второй закон Фарадея состоит в том, что электрохимические эк-
виваленты элементов k пропорциональны их химическим эквивалентам:
n
A
Ck ⋅=
, (2)
где C – коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех эле-
ментов.
Обычно вместо коэффициента C вводят величину, ему обратную:
C
F
=
1
. Тогда второй закон Фарадея принимает вид:
n
A
F
k ⋅=
1
.
Величина F называется числом Фарадея. Подставляя значение
электрохимического эквивалента k из (2) в выражение для первого зако-
на Фарадея (1), получим формулу, объединяющую оба закона Фарадея:
Q
Fn
A
M ⋅=
.
Отсюда следует, что если выделяется один грамм-эквивалент ве-
щества, то есть масса M, численно равная A/n, то Q должно численно
равняться F.
Таким образом, число Фарадея F численно равно количеству элек-
тричества Q, при прохождении которого через электролит на элек-
троде выделяется один грамм-эквивалент вещества.
28
Измерения электрохимических эквивалентов дают для числа Фа-
радея F следующее значение:
эквивалент-грамм
кулон
F
96494= (3)
Особое значение законы Фарадея сыграли в установлении элек-
тронной теории. Из формулы (3) следует, что для выделения одного
грамм-эквивалента любого вещества требуется прохождение через элек-
тролит вполне определенного количества электричества, численно рав-
ного числу Фарадея F. Количество атомов в грамм-эквиваленте
'N за-
висит от валентности элемента n и, очевидно, равно
n
N
N ='
, где N – чис-
ло Авогадро. Таким образом, выделение каждого атома связано с про-
хождением через электролит количества электричества
n
N
F
N
F
q ⋅==
'
. (4)
По ионной теории проводимости электролитов прохождение тока
сводится к передвижению ионов, отсюда из формулы (4) вытекает, что
ион каждого элемента несет заряд q, пропорциональный валентности
элемента n.
Наименьший заряд иона e соответствует заряду одновалентного
иона (n=1), откуда
N
F
e = . (5)
Так как валентность элемента выражается целым числом n, то за-
ряд q, переносимый любым ионом,
enq
⋅
=
, оказывается целым крат-
ным от наименьшего заряда e. Таким образом, закон Фарадея в сово-
купности с атомной теорией вещества приводит к представлению об
атомном строении электричества. Этот вывод был сделан одновременно
и независимо друг от друга Гельмгольцем и Стонеем в 1881 г. Каждый
атом вещества может терять или присоединять к себе заряд
, кратный
элементарному заряду e. Очевидно, этот элементарный заряд e пред-
ставляет собой заряд электрона. Положительный ион образуется, если
атом или молекула теряет один или несколько электронов. Отрицатель-
ный ион образуется, если атом или молекула присоединяет к себе один
или несколько электронов.
Соотношение (5) позволяет определить заряд электрона по числу
Фарадея F
и числу Авогадро N. Зная, что число Авогадро
откуда первому закону Фарадея можно придать вид: M = kQ , то есть Измерения электрохимических эквивалентов дают для числа Фа-
масса выделившегося вещества M пропорциональна прошедшему через радея F следующее значение:
электролит количеству электричества Q. Коэффициент k называется кулон
F =96494 (3)
электрохимическим эквивалентом выделяемого вещества. грамм-эквивалент
При Q =1 численно имеем M = k, то есть электрохимический эк- Особое значение законы Фарадея сыграли в установлении элек-
вивалент численно равен массе вещества, выделившегося при прохож- тронной теории. Из формулы (3) следует, что для выделения одного
дении через электролит единицы количества электричества. грамм-эквивалента любого вещества требуется прохождение через элек-
Второй закон Фарадея определяет величину электрохимического тролит вполне определенного количества электричества, численно рав-
эквивалента k. Прежде чем формулировать второй закон Фарадея, на- ного числу Фарадея F. Количество атомов в грамм-эквиваленте N ' за-
помним некоторые химические характеристики вещества.
Химическим эквивалентом элемента называется безразмерная ве- N
висит от валентности элемента n и, очевидно, равно N '= , где N – чис-
личина, численно равная массе данного элемента, выраженной в грам- n
мах, которая замещает в химических соединениях 1,0078 г водорода. ло Авогадро. Таким образом, выделение каждого атома связано с про-
Валентностью элемента называется число атомов водорода, ко- хождением через электролит количества электричества
торое замещается в химическом соединении одним атомом данного эле- F F
q= = ⋅n . (4)
мента. Обозначив через A атомный вес элемента, через n – его валент- N' N
ность, получим, что химический эквивалент равен A/n. Если взять A/n По ионной теории проводимости электролитов прохождение тока
граммов элемента, то такое количество этого элемента составит грамм- сводится к передвижению ионов, отсюда из формулы (4) вытекает, что
эквивалент. ион каждого элемента несет заряд q, пропорциональный валентности
Второй закон Фарадея состоит в том, что электрохимические эк- элемента n.
виваленты элементов k пропорциональны их химическим эквивалентам: Наименьший заряд иона e соответствует заряду одновалентного
A иона (n=1), откуда
k =C⋅ , (2)
n F
где C – коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех эле- e= . (5)
N
ментов. Так как валентность элемента выражается целым числом n, то за-
Обычно вместо коэффициента C вводят величину, ему обратную:
ряд q, переносимый любым ионом, q = n ⋅ e , оказывается целым крат-
1 1 A
= C . Тогда второй закон Фарадея принимает вид: k = ⋅ . ным от наименьшего заряда e. Таким образом, закон Фарадея в сово-
F F n
купности с атомной теорией вещества приводит к представлению об
Величина F называется числом Фарадея. Подставляя значение атомном строении электричества. Этот вывод был сделан одновременно
электрохимического эквивалента k из (2) в выражение для первого зако- и независимо друг от друга Гельмгольцем и Стонеем в 1881 г. Каждый
на Фарадея (1), получим формулу, объединяющую оба закона Фарадея: атом вещества может терять или присоединять к себе заряд, кратный
A элементарному заряду e. Очевидно, этот элементарный заряд e пред-
M = ⋅Q .
Fn ставляет собой заряд электрона. Положительный ион образуется, если
Отсюда следует, что если выделяется один грамм-эквивалент ве- атом или молекула теряет один или несколько электронов. Отрицатель-
щества, то есть масса M, численно равная A/n, то Q должно численно ный ион образуется, если атом или молекула присоединяет к себе один
равняться F. или несколько электронов.
Таким образом, число Фарадея F численно равно количеству элек- Соотношение (5) позволяет определить заряд электрона по числу
тричества Q, при прохождении которого через электролит на элек- Фарадея F и числу Авогадро N. Зная, что число Авогадро
троде выделяется один грамм-эквивалент вещества.
27 28
