Elektroliza,

[ Pobierz całość w formacie PDF ]

Elektroliza

ü Natężenie i napięcie prądu (jednostki i definicje)

Natężenie prądu - wielkość fizyczna charakteryzująca przepływ prądu elektrycznego zdefiniowana jako stosunek wartości ładunku elektrycznego przepływającego przez wyznaczoną powierzchnię do czasu przepływu ładunku

I=q/t

Gdzie: I - natężenie prądu (w amperach – A), q - przenoszony ładunek (w kulombach – C), t - czas (w sekundach – s)

Jeden amper odpowiada prądowi przenoszącemu w ciągu jednej sekundy ładunek jednego kulomba

Jeden amper, to 1 kulomb na sekundę

1A=1C/s

Napięcie elektryczne, różnica potencjału elektrostatycznego pomiędzy dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Napięcie elektryczne równe jest liczbowo pracy potrzebnej do przemieszczenia jednostkowego ładunku elektrycznego pomiędzy tymi punktami. Jednostką napięcia elektrycznego jest wolt, a do jego pomiaru stosuje się woltomierze.

U=Δφ=W/q

1V=J/C

Gdzie: U - napięcie prądu elektrycznego [V], Δφ - różnica potencjałów [V], W – praca [kg x m²/s²=J], q - przepływający ładunek [A x s=C]

ü Prąd stały i prąd przemienny

Prąd stały charakteryzuje się stałym zwrotem oraz kierunkiem przepływu ładunków elektrycznych, w odróżnieniu od prądu zmiennego i przemiennego. Jego źródłem są baterie galwaniczne, słoneczne i akumulator.

Prąd zmienny – prąd elektryczny, dla którego kierunek przepływu ładunków i wartość natężenia zmienia się w czasie w dowolny sposób (źródło to prądnice). W zależności od charakteru tych zmian można wyróżnić następujące rodzaje prądu:

prąd okresowo zmienny

prąd tętniący

prąd przemienny

prąd nieokresowy

ü Dysocjacja elektrolityczna, stopień dysocjacji

Dysocjacja elektrolityczna – proces rozpadu cząsteczek związków chemicznych na jony pod wpływem rozpuszczalnika, np. NaHCO3 → Na+ + HCO−3 Do dysocjacji są zdolne związki, w których występują wiązania jonowe lub bardzo silnie spolaryzowane kowalencyjne. Zdysocjowany roztwór związku chemicznego nazywa się elektrolitem. W roztworach dysocjacja jest zawsze procesem odwracalnym. Między formą niezdysocjowaną i zdysocjowaną związku występuje w tych warunkach równowaga. W zależności od własności rozpuszczalnika i związku chemicznego, temperatury oraz występowania jonów pochodzących z innych związków równowaga ta może być bardziej przesunięta w stronę formy niezdysocjowanej lub zdysocjowanej związku. Dysocjacji elektrolitycznej w wodzie ulegają prawie wszystkie rozpuszczalne sole, wszystkie kwasy i zasady. Ujemny logarytm stałej dysocjacji jest miarą ich mocy chemicznej. Wiele związków chemicznych w stanie ciekłym i gazowym ulega też samorzutnej dysocjacji, choć jej stopień jest zazwyczaj dość niski, np. woda ulega samorzutnej dysocjacji zgodnie ze schematem: H2O + H2O → H3O+ + OH−. Iloczyn jonowy tej dysocjacji w warunkach normalnych wynosi ok. 10−14, co oznacza że na każde 107 (10 000 000) cząsteczek wody tylko jedna ulega samorzutnej dysocjacji. Stała ta jest podstawą skali pH.

Stopień dysocjacji to stosunek liczby moli cząsteczek danego związku chemicznego, które uległy rozpadowi na jony do łącznej liczby moli cząsteczek tego związku, znajdującego się w roztworze, fazie gazowej lub stopie, w którym zaszło zjawisko dysocjacji elektrolitycznej. Stopień dysocjacji zależy od:

struktury związku, dla którego ten stopień jest ustalany

rodzaju rozpuszczalnika

obecności w roztworze innych związków zdolnych do dysocjacji

stężenia roztworu (na ogół wzrasta w miarę rozcieńczania roztworu)

temperatury (na ogół nieco wzrasta wraz ze wzrostem temperatury)

ü Proces elektrolizy

Elektroliza zachodzi w układach, w których występują substancje zdolne do jonizacji, czyli rozpadu na jony. Samo zjawisko jonizacji może być wywołane zarówno przyłożonym napięciem elektrycznym, jak i zjawiskami nie generowanymi bezpośrednio przez prąd - dysocjacją elektrolityczną, autodysocjacją, wysoką temperaturą, czy działaniem silnego promieniowania. Proces elektrolizy jest napędzany wymuszoną wędrówką jonów do elektrod, zanurzonych w substancji, po przyłożeniu do nich odpowiedniego napięcia prądu elektrycznego. W elektrolizie elektroda naładowana ujemnie jest nazywana katodą, a elektroda naładowana dodatnio anodą. Każda z elektrod przyciąga do siebie przeciwnie naładowane jony. Do katody dążą więc dodatnio naładowane kationy, a do anody ujemnie naładowane aniony. Po dotarciu do elektrod jony przekazują im swój ładunek, a czasami wchodzą też z nimi w reakcję chemiczną, na skutek czego zamieniają się w obojętne elektrycznie związki chemiczne lub pierwiastki. Ponadto, wędrujące przez substancję jony mogą po drodze ulegać rozmaitym reakcjom chemicznym z innymi jonami lub substancjami, które nie uległy rozpadowi na jony. Powstające w ten sposób substancje zwykle albo osadzają się na elektrodach albo wydzielają się z układu w postaci gazu. Proces elektrolizy wymaga stałego dostarczania energii elektrycznej. Zjawisko elektrolizy zostało opisane ilościowo w dwóch prawach elektrolizy Faradaya.

ü I i II prawo elektrolizy Faradaya

I prawo Faradaya

Masa substancji wydzielonej na katodzie lub anodzie jest wprost proporcjonalna do czasu trwania elektrolizy i natężenia prądu

m=k x I x t lub m=k x q

II prawo Faradaya

Masy substancji wydzielonych w elektrolizerze na elektrodach podczas przepływu tego samego ładunku są wprost proporcjonalne do ich mas równoważnikowych

m1/m2=R1/R2

m1,m2 - masy substancji wydzielonych na elektrodach [g]
R1,R2 - masy równoleżnikowe substancji [g]

ü Równoważnik elektrochemiczny i chemiczny

Równoważnik elektrochemiczny (oznaczany symbolem: k) to wartość stosowana w elektrochemii równa masie substancji wydzielonej przy przepływie przez elektrolit ładunku elektrycznego 1

[ Pobierz całość w formacie PDF ]

Elektroliza

Elektroliza,

Tematy