Electroliza si legile lui Faraday

de Hosu Vlad

cls. a XII-a J

:n solutiile de electroliti, atat timp cat nu circula un curent electric, ionii electrolitilor au miscari dezordonate asemanatoare miscarii moleculelor dizolvantului. Daca, insa, in electrolit se introduc doi electrozi conectati la polii unei baterii electrice sau la un acumulator, electrodul pozitiv si cel negativ introdusi in solutie exercita asupra ionilor de semn contrar forte de atractie sub influenta carora miscarea dezordonata a ionilor se transforma intr-o miscare dirijata.

De exemplu, clorura de cupru in solutie apoasa se disociaza dupa ecuatia >

Cu Cl₂ Cu² 2Cl^-

Sub actiunea campului electric dintre electrozi, cationii Cu² se indreapta spre catod pe care chiar il ating. :n contact cu catodul, ionii de cupru primesc cate doi electroni din circuitul electric, sarcina lor electrica fiind neutralizata (ionii se @descarca#) si atomii de cupru rezultati se depun pe electrod>

Cu² 2e^-a Cu⁰

:n acelasi mod ionii de clor sunt orientati spre anod unde pierd electronul lor, adica sarcina lor electrica este neutralizata si devin atomi. Atomii de clor rezultati se unesc formand moleculele de clor care se degaja sub forma de gaz>

2Cl^-a2Cl 2e^-

Cl ClaCl₂

Fenomenul de dirijare a ionilor spre electroliza sub actiunea curentului electric si descarcarea lor se numeste electroliza si se efectueaza intr-un aparat numit electrolizor sau voltametru.

:n prima etapa a electrolizei se neutralizeaza ionii la cei doi electrozi. Ionii pozitivi (cationii) isi completeaza la catod numarul de electroni iar ionii negativi (anionii) cedeaza anodului surplusul de electroni transformandu-se astfel in atomi neutri, respectiv grupe atomice neutre. Acestea sunt reactii primare ale electrolizei. Atomii neutri sau grupele de atomi din solutie care pot reactiona intre ei cu electrolitul sau cu electrozii dau reactii secundare.

Substantele rezultate prin electroliza apar numai la electrozi si nu in spatiul intermediar, ceea ce dovedeste ca neutralitatea sarcinilor electrice pe care le poarta ionii se face numai la electrozi.

Rezultatele electrolizei uneia si aceleiasi solutii pot fi diferite in functie de electrozii folositi. :n cazul folosirii unor electrozi de platina sau carbune, schema electrolizei unei solutii apoase de acid sulfuric este urmatoarea>

H₂SO₄              2H SO₄^- (ionii acidului sulfuric).

Pe de alta parte apa se disociaza si ea (desi intr-o masura mai mica)>

2H₂O 2H 2OH^-  (ionii apei)

La catod> 2H 2e^-      2H H₂ (se descarca ionii de H ai

apei si se degaja hidrogen molecular

La anod> 2OH^- 2e^-   2OH H₂O O< O O      O₂

(se degaja oxigen molecular)

Ionii apei H si OH^- proveniti prin disociere se descarca pe electrozi inainte de ionii SO₄^2- la potentiale mai mici< ionii restului acid SO₄^2- nu sufera nici o schimbare, concentratia acidului sulfuric ramanand aceeasi. Descarcarea ionilor OH^- ai apei are drept urmare disocierea altor molecule de apa.

:n cazul electrozilor de plumb, aplicand electrozilor o diferenta de potential, la catod se va degaja tot hidrogen, iar la anod ionii restului acid SO₄^2- vor intra in reactie cu electrodul si se va forma sulfat de plumb>

SO₄^2- Pb      SO₄Pb 2e^-

:ntre cantitatea de electricitate care trece printr-un electrolit si cantitatea de substanta depusa prin electroliza la electrozi exista anumite relatii cunoscute sub numele de legile lui Faraday, savantul care le-a stabilit pe baza experimentala in anul 1836.

Prima lege> Cantitatea de substanta care se depune pe electrozi in timpul electrolizei este proportionala cu cantitatea de electricitate care trece prin solutie, deci cu intensitatea curentului si cu timpul cat trece curentul prin electrolit. Daca se noteaza cu m cantitatea de substanta exprimata in miligrame, cu K echivalentul electrochimic, cu I intensitatea curentului exprimata in amperi si cu t timpul exprimat in secunde, atunci cantitatea de substanta depusa la catod se poate exprima prin urmatoarea formula>

m a K I t a K Q

in care > QaI t  este cantitatea de electricitate.

Ka - echivalentul electrochimic.

Echivalentul electrochimic este cantitatea de substanta depusa la electrod de cantitatea de electricitate de 1 coulomb (C) . Echivalentul electrochimic (K) se exprima in > sau . Exemple de echivalenti electrochimici ale catorva elemente>

Ag a 1,11800< Ni² a

Cu² a 0,32935< Al³ a

A doua lege > cand aceeasi cantitate de electricitate trece prin diferiti electroliti, cantitatile de substante puse in libertate la electrozi sunt proportionale cu echivalentii lor chimici. Deci, echivalentii electrochimici sunt proportionali cu echivalentii chimici.

Deci, se poate scrie>

K a c E     sau K a c

unde c este o constanta a carei valoare stabilita prin masuratori este 1,036 x 10^-5, aproximativ C^-1.

Reunind cele doua formule legile lui Faraday se pot exprima prin formula generala>

ma x x I x t (g)

Experimental, s-a dovedit ca pentru a transporta si a depune la electrozi un echivalent - gram din orice ion este necesara o cantitate de electricitate de 96500 C¹ care se numeste numarul (constanta) lui Faraday si se noteaza cu F. Marimea F rezulta prin impartirea echivalentului chimic al substantei la echivalentul ei electrochimic (ambele exprimate in grame)>

(Ag) a 107,870 > 0,00118 a 96500 C

(Cu) a > 0,00032935 a 96500C

Bibliografie> Chimie si probleme de chimie

I. Risavi, I. Ionescu