Электролиз. Законы электролиза. Выход по току

Электролизом н азывается совокупность процессов, происходящих при прохождении постоянного электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из двух электродов раствора или расплава электролита.

Электрод, на котором протекает реакция восстановления, называется катодом. Он заряжен отрицательно, поскольку подсоединен к отрицательному полюсу источника тока. Электрод, на котором происходит реакция окисления, называется анодом. Он имеет положительный заряд, так как подсоединен к положительному полюсу источника тока. Примером электролиза может служить электролиз расплава хлорида магния.

При прохождении тока через расплав MgCl2 катионы магния под действием электрического поля движутся к отрицательному электроду. Здесь, взаимодействуя с приходящими по внешней цепи электронами, они восстанавливаются Mg2++2e- =Mg. Анионы хлора перемещаются к положительному электроду и, оставляя избыточные электроны, окисляются. При этом первичным процессом является собственно электрохимическая стадия – окисление ионов хлора 2Cl- =2Cl+2e -,

А вторичным – связывание образующихся атомов хлора в молекулы 2Cl=Cl2. Складывая уравнения процессов получим суммарное уравнение окислительно-восстановительной реакции, происходящей при электролизе расплава MgCl2: Mg2++2Cl- = Mg+Cl2. Эта реакция не может протекать самопроизвольно, энергия, необходимая для ее осуществления, поступает из внешнего источника тока.

С количественной стороны процесс электролиза был изучен в 30-х годах 19 века английским физиком Фарадеем, который в результате своих исследований установил следующие законы электролиза.

1) Масса образующегося при электролизе вещества пропорциональна количеству электричества прошедшего через раствор или расплав электролита.

Этот закон вытекает из сущности процесса электролиза. Как уже говорилось, в месте соприкосновения металла с раствором происходит электро- химический процесс – взаимодействие ионов или молекул электролита с электронами металла, так что электролитическое образование вещества является результатом этого процесса.

Ясно, что количество вещества, получающегося у электрода, всегда будет пропорционально числу прошедших по цепи электронов, т.е. количеству электричества.

Математически данный закон можно записать следующим образом

Где, МЭ – эквивалентная молярная масса выделяющегося вещества (г), I – сила тока (А), t – продолжительность процесса электролиза (с), F – число Фарадея 96500 Кл/моль.

Измерениями установлено, что количество электричества, обуславливающее электрохимическое превращение одного эквивалента вещества, равно 96485 (округленно 96500) кулонам. Это количество электричества называется фарадеем.

2) При электролизе различных химических соединений равные количества приводят к выделению на электродах эквивалентных количеств веществ.

Иными словами, количества образующихся на катоде веществ равны их эквивалентам. Второй закон электролиза дает прямой метод определения эквивалентов различных элементов. На этом законе основаны расчеты, связанные с электрохимическими производствами. Законы электролиза относятся к электролизу растворов, расплавов и твердых электролитов с чисто ионной проводимостью.