Курс лекций по дисциплине «электрохимия» Электрохимия

Электрод-электролит шекарасы арқылы электр тогы өткен кезде электрондық өткізгіштік иондық өткізгіштікке ауысатындықтан осы шекарада электрохимиялық реакция жүреді. Сондықтан осы фазалар шекарасы арқылы өткен электр тогы мен осы жерде химиялық өзгерістер жүрген заттардың арасында белгілі сандық байланыс болады. Бұл сандық байланыс Фарадей заңдарымен көрсетіледі.

Фарадейдің бірінші заңы : электродтағы реакцияға түскен заттардың мөлшері осы жүйе арқылы өткен ток күшіне және токтың өту уақытына тура пропорционалды.
g= k·q (1.1)
мұндағы g- электродта реакция түскен заттың мөлшері

q-электролит арқылы өткен электр тогының мөлшері

I- ток күші

к- пропорционалдық коэфицент

Екінші заң. Әртүрлі электролитті бірдей ток мөлшерімен ыдыратқан кезде электродта түзілген электрохимиялық реакциялар өнімдерінің құрамы немесе мөлшері олардың химиялық эквиваленттеріне пропорционалды. Бұл жағдайда барлық заттар үшін заттың массасының олардың химиялық эквивалеттеріне қатынасы бірдей болады:
g₁/Э₁ = g₂/Э₂ = g₃/Э₃= G_i/Э_i (1.2)
мұндағы Э- заттың химиялық эквиваленті

Фарадей заңдары табиғаттағы ең дұрыс заң.Ғалымдар Фарадей заңдарын жалғастыра келе электр тогы заттар атомдардан тұратын сияқты ұсақ бөлшектер электрондардан тұратынын дәлелдеген. Фарадейдің екінші заңына сәйкес кез-келген заттың 1г эквиваленті бөлінуі немесе ыдырауына қажетті электр тогының мөлшері ол заттың жаратылысына, ток мөлшеріне, электрод пен ваннаның формасына , жасалған материалына тәуелді емес . Бұл санды Фарадей саны деп атайды. F= 96500Кл яғни электродта кез-келген заттың 1г эквиваленті бөліну үшін 96500Кл электр тогы қажет .

1F=96500Kл=26,8А сағ .

Фарадейдің бірінші және екінші заңдарын біріктіре отырып келесі теңдеуді аламыз:

z- электродтық процеске қатысатын электрондар саны.

Электрохимиялық эквивалент деп бірлік электр тогының мөлшерін өткізген кезде электродта бөлінетін заттың мөлшерін атайды.

Практика жүзінде Фарадей заңдарынан ауытқулар байқалады, бұл ауытқулар қосымша қажетсіз процестердің нәтижесінде жүреді. Сондықтан оларды болуы мүмкін ауытқулар деп атайды. Бұл ауытқулардың келесі себептері бар:

1.Электролиз өнімдерінің механикалық жоғалымдары

2.Электродтың өзіндік еруі

3.Электролиз өнімі құрамының тұрақсыздығы және т.б

Фарадей заңынан ауытқулар электролиз кезінде ток бойынша шығымға әсер етеді. Яғни алынған заттың нақты мөлшері Фарадей заңы бойынша алынуға тиісті мөлшерден кем болады. Ток бойынша шығым токтың қаншалықты пайдалы қолданылғанын сипаттайды.
Вт = g_пр/ g_теор (1.5)
мұндағы g _прак-электр тогының белгілі мөлшері өткен кездегі алынған негізгі өнімнің грамм саны

g _теор- осы ток мөлшерін өткізген кезде негізгі өнімнің Фарадей заңы бойынша бөлінуге тиісті грамм саны

Ток бойынша шығымды келесі қатнаспен көрсетуге болады:
Вт = q_теор/ q_пр (1.6)
мұндағы q_теор-Фарадей заңы бойынша осы процесті жүргізуге қажетті электр тогының мөлшері

q_прак- осы мөлшердегі затты бөліп алуға жұмсалған электр тогының нақты мөлшері

Ток бойынша шығым әрқашанда 100-ге тең немесе кіші (A<100%)

Ток бойынша шығым анодтық және катодтық болып бөлінеді. Және өзара тең емес. Электродтық процестерге негізінен анодтық және катодтық ток тығыздықтары әсер етеді. (ia, ik) олар А/см ² , А/дм², А/м² өлшенеді.Бұл мән электрохимиялық процестің жылдамдығы, ток бойынша шығым және злектролизге жұмсалған электр энергиясының меншікті шығынына да әсер етеді. Электролиз кезінде процесс барынша жылдам жүріп, ал электр энергиясының меншікті төмен болуы маңызды болып саналады.

Электр энергиясының меншікті шығыны келесі теңдеуде:
Яғни электр энергиясының меншікті шығыны электролиздің екі есе көрсеткіші ваннадағы ток кернеуімен ток бойынша шығымға тәуелді. Ток бойынша шығымның үлкен ауытқулары балқыған тұздардың электролизінде байқалады. Мұнда ток бойынша шығым (А) жоғары температураға, диффузия жылдамдығына, ток тығыздығына, электролиттегі қоспаларға, электродтардың арақашықтығына және басқа факторларға тәуелді болады.