Νόμος ηλεκτρόλυσης

Σχεδιάγραμμα

Δική μας σύνοψη της ενότητας, για επανάληψη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο.

Τι έγινε

1. Το 1833 ο Faraday συνέδεσε πειραματικά τις μάζες των προϊόντων της ηλεκτρόλυσης με την ποσότητα ηλεκτρισμού. Πρώτος νόμος: η μάζα που αποτίθεται σε ένα ηλεκτρόδιο είναι ανάλογη του φορτίου που πέρασε από τον ηλεκτρολύτη.
2. Δεύτερος νόμος: για το ίδιο φορτίο, οι μάζες διαφορετικών ιόντων είναι χημικά ισοδύναμες, ανάλογες των γραμμοϊσοδυνάμων τους. Για ιόν Mⁿ⁺ ισχύει 1 g-eq = 1 mol / n. Ο όρος g-eq σήμερα εγκαταλείπεται.
3. Ένα mol ηλεκτρονίων (Nₐ = 6,02·10²³ ηλεκτρόνια) έχει φορτίο 96500 C. Αυτό είναι η σταθερά Faraday: F = Nₐ·e ≈ 96500 C/mol. Το φορτίο που περνά με ρεύμα έντασης I για χρόνο t είναι Q = I·t.
4. Σήμερα οι υπολογισμοί γίνονται με στοιχειομετρία: γράφουμε τις ημιαντιδράσεις στα ηλεκτρόδια και αντιστοιχίζουμε mol e⁻ με mol προϊόντων. Για παράδειγμα, για 1 mol Cu στην κάθοδο χρειάζονται 2 F, ενώ για 1 mol O₂ στην άνοδο (2OH⁻ → H₂O + ½O₂ + 2e⁻) χρειάζονται 4 F.
5. Με ενεργά ηλεκτρόδια χαλκού σε διάλυμα CuSO₄, όση μάζα χαλκού αποτίθεται στην κάθοδο τόση διαλύεται από την άνοδο, οπότε η άνοδος ελαφραίνει και η κάθοδος βαραίνει κατά το ίδιο ποσό.
6. Ένθετο «τεχνητή φωτοσύνθεση»: τα φωτοηλεκτροχημικά στοιχεία είναι ηλεκτρολυτικά στοιχεία που διασπούν το νερό σε H₂ και O₂ με ηλιακό φως (άνοδος από ημιαγωγό, κάθοδος από αδρανές μέταλλο). Διαφέρουν από τα φωτοβολταϊκά, που μετατρέπουν το φως κατευθείαν σε ρεύμα. Η απόδοσή τους φτάνει το 10%, ενώ της φωτοσύνθεσης περίπου το 3%.
7. Η σελίδα κλείνει το κεφάλαιο 1 με ανακεφαλαίωση: αριθμός οξείδωσης, οξείδωση ως αύξηση και αναγωγή ως ελάττωση του Α.Ο., οξειδωτικά και αναγωγικά σώματα, ισοστάθμιση με ίση συνολική μεταβολή Α.Ο., ηλεκτρόλυση, σειρά εκφόρτισης, άνοδος και κάθοδος.

Πρόσωπα

Michael Faraday

Άγγλος, νόμοι της ηλεκτρόλυσης (1833)

Humphry Davy

τον πήρε βοηθό στο Βασιλικό Ινστιτούτο

Luigi Galvani

πρωτοπόρος, από αυτόν η γαλβανοπλαστική

Όροι

1ος νόμος Faraday

μάζα στο ηλεκτρόδιο ανάλογη του φορτίου

2ος νόμος Faraday

ίδιο φορτίο: μάζες ανάλογες των g-eq

γραμμοϊσοδύναμο ιόντος Mⁿ⁺

1 g-eq = 1 mol / n

σταθερά Faraday (F)

φορτίο 1 mol e⁻, περίπου 96500 C

F = Nₐ·e

σχέση του F με Avogadro και φορτίο e⁻

Q = I·t

φορτίο από ένταση ρεύματος και χρόνο

mol ηλεκτρονίων από φορτίο

n(e⁻) = Q / F

φορτίο για 1 mol Ag στην κάθοδο

1 F, από Ag⁺ + e⁻ → Ag

φορτίο για 1 mol Cu στην κάθοδο

2 F, από Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

φορτίο για 1 mol O₂ στην άνοδο

4 F

2 F σε τήγμα NaCl

δίνουν 2 mol Na και 1 mol Cl₂

ενεργή άνοδος Cu σε CuSO₄

χάνει όση μάζα κερδίζει η κάθοδος

υπολογισμός μαζών ηλεκτρόλυσης

στοιχειομετρία των ημιαντιδράσεων

οξειδωτικό σώμα

προκαλεί οξείδωση, το ίδιο ανάγεται

αναγωγικό σώμα

προκαλεί αναγωγή, το ίδιο οξειδώνεται

ισοστάθμιση οξειδοαναγωγής

συνολική αύξηση Α.Ο. = συνολική μείωση

φωτοηλεκτροχημικό στοιχείο

διασπά το νερό σε H₂ και O₂ με φως

φωτοβολταϊκό στοιχείο

μετατρέπει το φως κατευθείαν σε ρεύμα