Reklama

Второй закон Фарадея. Определение заряда иона.

Вспомним, что масса μ одного моля ионов в граммах равна относительной молекулярной массе одного иона:

μ = mОТН [г/моль] = mОТН * 10-3 [кг/моль].

Частное от деления молярной массы ионов на их валентность (μ/n) называют химическим эквивалентом этих ионов. Так, относительная атомная масса меди 63,54, а валентность ионов меди равна 2. Тогда молярная масса меди равна 63,54 г/моль, а ее химический эквивалент равен (63,54/2) г/моль = 31,77 г/моль = 33,77 * 10-3 кг/моль. (Найдите химический эквивалент ионов NO3- если относительная атомная масса кислорода 16, а азота 14.)

В результате своих опытов Фарадей нашел, что для выделения на электроде одного химического эквивалента ионов любого вида нужно пропустить через электролит одинаковое количество электричества F. Это количество электричества принято называть числом Фарадея или постоянной Фарадея: F = 9,65 * 104 Кл/моль. Следовательно, общий заряд всех ионов, составляющих один химический эквивалент, равен F.

Если при электролизе выделилось на электроде m килограммов вещества, а химический эквивалент составляет μ/nкг/моль, то отношение m к μ/nвыражает число выделенных химических эквивалентов. Далее, если при этом через раствор прошло q кулонов электричества, а для выделения одного химического эквивалента необходимо F кулонов, то отношение q к F тоже есть количество химических эквивалентов, выделенных при электролизе. Таким образом, m: (μ/n) = q : F, откуда:

m = (μ/nF)q. (19.3)

Сравнивай (19.3) и m = kq, получим:

k=(1/F)(μ/n). (19.4)

Формула (19.4) является математическим выражением второго закона Фарадея: электрохимические эквиваленты различных веществ прямо пропорциональны их химическим эквивалентам. Заметим, что формула (19.3) выражает объединенный закон Фарадея для электролиза.

Выясним теперь, как можно найти заряд одновалентного иона, т. е. заряд электрона е, с помощью законов Фарадея. Если валентность ионов равна единице (n = 1), то химический эквивалент μ/n равен молярной массе ионов μ, а заряд каждого иона численно равен е. Вспомним, что число ионов в одном моле равно числу Авогадро NА. Поэтому, если общий заряд всех ионов моля равен F, то

e=F/NA. (19.5)

Подставляя в (19.5) числовые значения F и NA, находим заряд одновалентного иона или заряд электрона:

е = (9,65*104 Кл/моль)/(6,02*1023 ионов/моль) = 1,60*10-19 Кл/ион.

Это значение заряда электрона хорошо совпадает с результатами опытов Милликена, что подтверждает электронную теорию строения вещества н теорию электролитической диссоциации.

Reklama