Leis da eletrólise de Faraday

As leis da eletrólise de Faraday são relações quantitativas baseadas na pesquisa eletroquímica de Michael Faraday, que ele publicou em 1836.

Essas leis determinam a relação entre a quantidade de substâncias liberadas durante a eletrólise e a quantidade de eletricidade que passou pelo eletrólito. As leis de Faraday são duas. Na literatura científica e nos livros didáticos, existem diferentes formulações dessas leis.

Eletrólise — liberação do eletrólito de suas substâncias constituintes durante a passagem eletricidade… Por exemplo, quando uma corrente elétrica passa por água levemente acidificada, a água é decomposta em suas partes componentes — gases (oxigênio e hidrogênio).

A quantidade de substância liberada do eletrólito é proporcional à quantidade de eletricidade que passa pelo eletrólito, ou seja, o produto da intensidade da corrente pelo tempo em que essa corrente flui. Portanto, o fenômeno da eletrólise pode servir para medir a força da corrente e determinar unidades atuais.

eletrólito — uma solução e geralmente um líquido complexo que conduz uma corrente elétrica.Nas baterias, o eletrólito é uma solução de ácido sulfúrico (em chumbo) ou uma solução de potássio cáustico ou soda cáustica (em ferro-níquel). Nas células galvânicas, as soluções de quaisquer compostos químicos (amônia, sulfato de cobre, etc.) também servem como eletrólito.

Michael Faraday (1791-1867)

Michael Faraday (1791 — 1867) — Físico inglês, fundador da doutrina moderna dos fenômenos eletromagnéticos. Iniciou sua vida profissional como aprendiz em uma oficina de encadernação. Ele recebeu apenas o ensino fundamental, mas estudou ciências de forma independente e trabalhou como assistente de laboratório para o químico Devi. Tornou-se um grande cientista, um dos maiores físicos experimentais.

Farraday abriu fenômeno da indução eletromagnética, as leis da eletrólise, desenvolveram a doutrina dos campos elétricos e magnéticos e estabeleceram fundamentos dos conceitos modernos de campo eletromagnético… Ele foi o primeiro cientista a ter a ideia da natureza vibracional e ondulatória dos fenômenos eletromagnéticos.

Primeira lei de Faraday da eletrólise

A massa de uma substância que vai precipitar em um eletrodo durante a eletrólise é diretamente proporcional à quantidade de eletricidade transferida para esse eletrodo (passada pelo eletrólito). A quantidade de eletricidade refere-se à quantidade de carga elétrica, geralmente medida em pingentes.

Segunda lei de Faraday da eletrólise

Para uma dada quantidade de eletricidade (carga elétrica), a massa de um elemento químico que será depositado em um eletrodo durante a eletrólise é diretamente proporcional à massa equivalente desse elemento. A massa equivalente de uma substância é a sua massa molar dividida por um número inteiro, dependendo da reação química na qual a substância está envolvida.

Ou

A mesma quantidade de eletricidade leva à liberação de massas equivalentes de diferentes substâncias nos eletrodos durante a eletrólise. Para liberar um mol do equivalente de qualquer substância, é necessário gastar a mesma quantidade de eletricidade, ou seja, 96485 C. Essa constante eletroquímica é chamada Número de Faraday.

Leis de Faraday na forma matemática

• m é a massa da substância depositada no eletrodo;

• Q é o valor da carga elétrica total nos pendentes, passada durante a eletrólise;

• F = 96485,33 (83) C / mol — número de Faraday;

• M é a massa molar do elemento em g/mol;

• z — número de valência de íons de uma substância (elétrons por íon);

• M / z — massa equivalente da substância aplicada ao eletrodo.

Aplicada à primeira lei da eletrólise de Faraday, M, F e z são constantes, então quanto mais Q, mais m será.

Em termos da segunda lei da eletrólise de Faraday, Q, F e z são constantes, então quanto mais M/z, mais m será.

Para corrente contínua temos

• n é o número de moles (quantidade de substância) liberado no eletrodo: n = m / M.

• t é o tempo de passagem da corrente contínua pelo eletrólito. Para corrente alternada, a carga total é somada ao longo do tempo.

• t é o tempo total de eletrólise.

Um exemplo de aplicação das leis de Faraday

É necessário escrever a equação dos processos eletroquímicos no cátodo e no ânodo durante a eletrólise de uma solução aquosa de sulfato de sódio com um ânodo inerte. A solução para o problema será a seguinte. Em solução, o sulfato de sódio se dissociará de acordo com o seguinte esquema:

O potencial de eletrodo padrão neste sistema é o seguinte:

Este é um nível de potencial muito mais negativo do que para um eletrodo de hidrogênio em um meio neutro (-0,41 V). Portanto, no eletrodo negativo (cátodo), a dissociação eletroquímica da água começará com a liberação de hidrogênio e íon hidróxido de acordo com o seguinte esquema:

E os íons de sódio carregados positivamente que se aproximam do cátodo carregado negativamente se acumularão perto do cátodo, na parte adjacente da solução.

A oxidação eletroquímica da água ocorrerá no eletrodo positivo (ânodo), o que levará à liberação de oxigênio, conforme o seguinte esquema:

Neste sistema, o potencial de eletrodo padrão é +1,23 V, que está bem abaixo do potencial de eletrodo padrão encontrado no seguinte sistema:

Os íons de sulfato carregados negativamente movendo-se em direção ao ânodo carregado positivamente se acumularão no espaço próximo ao ânodo.