Electroliza si legile lui Faraday

:n solu]iile de electroli]i, at=t timp c=t nu circul\ un curent electric, ionii electroli]ilor au mi[c\ri dezordonate asem\n\toare mi[c\rii moleculelor dizolvantului. Dac\, ;ns\, ;n electrolit se introduc doi electrozi conecta]i la polii unei baterii electrice sau la un acumulator, electrodul pozitiv [i cel negativ introdu[i ;n solu]ie exercit\ asupra ionilor de semn contrar for]e de atrac]ie sub influen]a c\rora mi[carea dezordonat\ a ionilor se transform\ ;ntr-o mi[care dirijat\.
De exemplu, clorura de cupru ;n solu]ie apoas\ se disociaz\ dup\ ecua]ia >
Cu Cl2 Cu2+ + 2Cl-
Sub ac]iunea c=mpului electric dintre electrozi, cationii Cu2+ se ;ndreapt\ spre catod pe care chiar ;l ating. :n contact cu catodul, ionii de cupru primesc c=te doi electroni din circuitul electric, sarcina lor electric\ fiind neutralizat\ (ionii se @descarc\#) [i atomii de cupru rezulta]i se depun pe electrod>
Cu2+ + 2e-= Cu0
:n acela[i mod ionii de clor sunt orienta]i spre anod unde pierd electronul lor, adic\ sarcina lor electric\ este neutralizat\ [i devin atomi. Atomii de clor rezulta]i se unesc form=nd moleculele de clor care se degaj\ sub form\ de gaz>
2Cl-=2Cl+ 2e-
Cl+ Cl=Cl2
Fenomenul de dirijare a ionilor spre electroliz\ sub ac]iunea curentului electric [i desc\rcarea lor se nume[te electroliz\ [i se efectueaz\ ;ntr-un aparat numit electrolizor sau voltametru.
:n prima etap\ a electrolizei se neutralizeaz\ ionii la cei doi electrozi. Ionii pozitivi (cationii) ;[i completeaz\ la catod num\rul de electroni iar ionii negativi (anionii) cedeaz\ anodului surplusul de electroni transform=ndu-se astfel ;n atomi neutri, respectiv grupe atomice neutre. Acestea sunt reac]ii primare ale electrolizei. Atomii neutri sau grupele de atomi din solu]ie care pot reac]iona ;ntre ei cu electrolitul sau cu electrozii dau reac]ii secundare.
Substan]ele rezultate prin electroliz\ apar numai la electrozi [i nu ;n spa]iul intermediar, ceea ce dovede[te c\ neutralitatea sarcinilor electrice pe care le poart\ ionii se face numai la electrozi.
Rezultatele electrolizei uneia [i aceleia[i solu]ii pot fi diferite ;n func]ie de electrozii folosi]i. :n cazul folosirii unor electrozi de platin\ sau c\rbune, schema electrolizei unei solu]ii apoase de acid sulfuric este urm\toarea>
H2SO4 2H+ + SO4- (ionii acidului sulfuric).

Pe de alt\ parte apa se disociaz\ [i ea (de[i ;ntr-o m\sur\ mai mic\)>
2H2O 2H+ + 2OH- (ionii apei)

La catod> 2H+ + 2e- 2H+ H2 (se descarc\ ionii de H+ ai
apei [i se degaj\ hidrogen molecular )

La anod> 2OH- - 2e- 2OH H2O + O< O + O O2 (se degaj\ oxigen molecular) Ionii apei H+ [i OH- proveni]i prin disociere se descarc\ pe electrozi ;nainte de ionii SO42- la poten]iale mai mici< ionii restului acid SO42- nu sufer\ nici o schimbare, concentra]ia acidului sulfuric r\m=n=nd aceea[i. Desc\rcarea ionilor OH- ai apei are drept urmare disocierea altor molecule de ap\. :n cazul electrozilor de plumb, aplic=nd electrozilor o diferen]\ de poten]ial, la catod se va degaja tot hidrogen, iar la anod ionii restului acid SO42- vor intra ;n reac]ie cu electrodul [i se va forma sulfat de plumb>
SO42- + Pb SO4Pb + 2e-
:ntre cantitatea de electricitate care trece printr-un electrolit [i cantitatea de substan]\ depus\ prin electroliz\ la electrozi exist\ anumite rela]ii cunoscute sub numele de legile lui Faraday, savantul care le-a stabilit pe baz\ experimental\ ;n anul 1836.
Prima lege> Cantitatea de substan]\ care se depune pe electrozi ;n timpul electrolizei este propor]ional\ cu cantitatea de electricitate care trece prin solu]ie, deci cu intensitatea curentului [i cu timpul c=t trece curentul prin electrolit. Dac\ se noteaz\ cu m cantitatea de substan]\ exprimat\ ;n miligrame, cu K echivalentul electrochimic, cu I intensitatea curentului exprimat\ ;n amperi [i cu t timpul exprimat ;n secunde, atunci cantitatea de substan]\ depus\ la catod se poate exprima prin urm\toarea formul\>
m = K I t = K Q
;n care > Q=I t este cantitatea de electricitate.
K= - echivalentul electrochimic.

Echivalentul electrochimic este cantitatea de substan]\ depus\ la electrod de cantitatea de electricitate de 1 coulomb (C) . Echivalentul electrochimic (K) se exprim\ ;n > sau . Exemple de echivalen]i electrochimici ale c=torva elemente>
Ag+ = 1,11800< Ni2+=0,30390 Cu2+= 0,32935< Al3+= 0,09316 A doua lege > c=nd aceea[i cantitate de electricitate trece prin diferi]i electroli]i, cantit\]ile de substan]e puse ;n libertate la electrozi sunt propor]ionale cu echivalen]ii lor chimici. Deci, echivalen]ii electrochimici sunt propor]ionali cu echivalen]ii chimici.
Deci, se poate scrie>
K = c E sau K = c
unde c este o constant\ a c\rei valoare stabilit\ prin m\sur\tori este 1,036 x 10-5, aproximativ C-1.
Reunind cele dou\ formule legile lui Faraday se pot exprima prin formula general\>
m= x x I x t (g)
Experimental, s-a dovedit c\ pentru a transporta [i a depune la electrozi un echivalent – gram din orice ion este necesar\ o cantitate de electricitate de 96500 C1 care se nume[te num\rul (constanta) lui Faraday [i se noteaz\ cu F. M\rimea F rezult\ prin ;mp\r]irea echivalentului chimic al substan]ei la echivalentul ei electrochimic (ambele exprimate ;n grame)>
(Ag) = 107,870 > 0,00118 = 96500 C
(Cu) = > 0,00032935 = 96500C