Тепе-теңдіксіз электродтық процестер, Фарадей заңдары.Тоқ бойынша шығым.Фарадей заңдарынан ауытқу себептерін түсіндіріңіз

Егер тоқ жүрген кезде, электродтық тепе теңдік потенциялының мәні теріс немесе оң жаққа қарай ауытқиды, ал ондай құбылыс электрохимиялық поляризациялану болып табылады.Яғни, ҂ ҂

Электродтарда тепе теңдік бұзылған кезде жүретін реакцияларды қарастыратын электрохимия саласын – электрохимиялық кинетика деп атайды.Электрохимиялық кинетика саласында поляризация кезінде электрод - электролит шекарасында жүретін реакциялардың негізгі заңдылықтарын анықтау, элетродтарда жүретін реакциялардың жылдамдығын өзгерте білу т.б мәселелерді қарастырады.

Кез келген электрохимиялық реакцияның жүруі, электрод-ерітінді шекарасынан электр тогының өтуіне тәуелді.Ерітінді арқылы өткен электр тогының мөлшері мен электрод реакциясына қатыса алатын немесе түзіле алатын заттар мөлшерінің арасындағы байланыс Фарадей заңдары арқылы анықталады.Фарадейдің бірінші заңы. Электролиз кезінде электродта бөлінетін заттардың массасы тізбектен өткен электр тогының мөлшеріне тура пропорционал.

∆m=K*Q=K*I*τ

Мұнда : ∆m- бөлінетін заттардың массасы,г

К-пропорционалдық коэффициент

Q-электр тогының мөлшері,А*сағ

I – ток күші, А

τ- электролиз уақыты, сағат

Егер ток күшін ампермен , ал уақытты сағатпен өрнектесе және олар бірге тең болса(I*τ=I*A), онда

∆m=K*q

Фарадейдің екінші заңы. Әртүрлі ерітінділерден электр тогының бірдей мөлшері өткенде электродтарда химиялық өзгеріске ұшырайтын заттардың массасы (∆m), олардың химиялық эквивалентінің массасына М(Э) тура пропорционал:

∆m1/М(Э1) = ∆m2/М(Э2) = ∆m3/М(Э3) = const

M(Э) = М(А) / n

Фарадей заңы бойынша, электродтарда кез келген заттың бір эквиваленті бөлінуі үшін керекті электр тогының мөлшері, ол заттың табиғатына, ток күшіне және электродтар мен электролизердегі иондардың табиғатына байланысты емес. Бұл электр тогының мөлшері - Фарадей тогы деп аталады. F – әріпімен белгіленеді. F = 96500 K.

Фарадей заңы бойынша электрохимиялық эквивалент химиялық эквивалентке тәуелді. Электрохимиялық эквивалент былай анықталады:

q = M(A) / nF

Мұндағы, М(A) – атомның молярлық немесе атомдық массасы

n – электрон саны

F – Фарадей саны

Негізінен Фарадей заңдары өте дәл орындалады, бірақ кейде электролиз кезінде бұл заң ауытқитын сияқты корінеді. Бұл құбылыс Фарадей заңының ауытқуы салдарынан емес, электрохимиялық жүйедегі негізгі процестермен қатар, басқа да химиялық, электрохимиялық реакциялардың жүруіне байланысты.

Бұл құбылыстардың әртүрлі себептерін қарастыратын болсақ.

1)Иондардың бірге қатар разрядталуы.

Мысалы,мырыш сульфатының күкірт қышқылындағы ерітіндісінен, мырышты электролиз арқылы бөлу процесін қарастырсақ,катодта металл түрінде мырыш түзіледі және сутегі иондарының разрядталуы журеді:

Zn2+ +2e  Zn

2H+ +2e H2

2)Ерітіндіде түрлі валентті иондардың болуы.

Алтынды электрорафинациялау кезінде катодта жүретін процестерді қарастырсақ:

Au3+ +3e  Au

Au+ +e  Au

3)Электролиз кезінде ерітіндідегі ион зарядтарының өзгеруі

4)Электродтарда алынған заттардың бір-бірімен немесе ерітіндімен әрекеттесуі.

К: Mg2+ +2e  Mg

A: 2Cl - -2e  Cl2

Mg+Cl2 MgCl2

Практика жүзінде Фарадей заңдарынан ауытқулар байқалады,бұл ауытқулар өосымша қажетсіз процестердің нәтижесінде жүреді.Сондықтан оларды болуы мүмкін ауытқулар деп атайды.

Фарадей заңының ауытқуы сияқты болып көрінетін құбылыстар мына жағдайда да байқалады: анод пен катод электродтары бір біріне тиіп тұйықталып қалғанда, электродтарда бөлінген заттар тұрақсыз болғанда және т.б

Фарадей заңы бойынша электродта бөлінетін заттың мөлшерінің ауытқуы, тоқтың қаншалықты тиімді қолданылатындығын көрсетеді және бөлінетін заттың тоқ бойынша шығымына әсер етеді:

ТШ = (∆mпрак/∆mтеор)*100%

Мұндағы, ТШ – электролиз кезінде бөлінетін заттың тоқ бойынша шығымы,%

∆mпрак. – электролиз кезінде электродта бөлінген негізгі заттың массасы

∆mтеор. – электролиз кезінде Фарадей заңы бойынша бөлінетін заттың массасы.

ТШ = (Qтеор/Qпрак)*100%

Мұндағы, Qтеор – Фарадей заңы бойынша 1 бірлік зат алу үшін қажетті электр тогының мөлшері

Qпрак – электролиз кезінде 1бірлік зат алу үшін жұмсалған электр тогының мөлшері.

Сөйтіп жалпы айтқанда, тоқ бойынша шығым ең көп болғанда 100% - ке тең. Әдетте заттардың катодтағы және анодтағы тоқ бойынша шығымы бірдей болмайды,олар әртүрлі.