การอิเล็กโทรไลซิสและกฎของฟาราเดย์
| English | ไทย |
|---|---|
| Faraday's constant/ˈfærədeɪz ˈkɒnstənt/ | ค่าคงที่ฟาราเดย์ |
| electrolysis/ɪlekˈtrɒləsɪs/ | electrolysis |
การนับอะตอมด้วยนาฬิกาจับเวลา
- ผ่านกระแสไฟฟ้าผ่านสารละลายและโลหะจะ析出 (electroplate out)
- กระแสไฟยิ่งนานและแรงมากเท่าไหร่ โลหะที่ก่อตัวขึ้นยิ่งมาก
- ประจุคืออิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนสร้างอะตอม
- ดังนั้นนาฬิกาและแอมมิเตอร์จึงสามารถนับอะตอมได้
ประจุเท่ากับกระแสคูณเวลา
- ประจุทั้งหมดคือ $Q = It$, กระแสคูณเวลา
- กระแสไฟมากขึ้นหรือเวลามากขึ้นหมายถึงประจุมากขึ้น
- ประจุนั้นคือกระแสน้ำท่วมของอิเล็กตรอน
กระแส $5\ \text{A}$ ไหลเป็นเวลา $200\ \text{s}$. ประจุรวม (ในหน่วย C)?
$Q = It = 5 \times 200 = 1000\ \text{C}$.
ค่าคงที่ฟาราเดย์
- หารประจุด้วย ค่าคงที่ของฟาราเดย์ $F$ เพื่อหาจำนวนโมลของอิเล็กตรอน
- $F \approx 96{,}500\ \text{C/mol}$.
- จำนวนโมลของอิเล็กตรอนจะกำหนดปฏิกิริยาที่ขั้วไฟฟ้า
ในการแปลงประจุให้เป็น摩尔ของอิเล็กตรอน ให้หารด้วย...
摩尔ของอิเล็กตรอน $= Q / F$.
จากอิเล็กตรอนสู่ผลิตภัณฑ์
- สมการครึ่งปฏิกิริบิบอกว่าแต่ละอะตอมต้องการอิเล็กตรอนกี่ตัว
- หารจำนวนโมลของอิเล็กตรอนด้วยจำนวนนั้นเพื่อหาจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์
- ประจุมากขึ้น significa การชุบโลหะมากขึ้น
ดำเนินการเซลล์อิเล็กโทรไลซิส
ส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์เพื่อดูว่าไอออนใดถูกปลดปล่อยที่ขั้วแต่ละขั้ว
การส่งประจุมากขึ้นผ่านเซลล์จะเกิด...
ประจุมากขึ้นหมายถึงมีอิเล็กตรอนมากขึ้นและผลิตภัณฑ์มากขึ้น
การชุบทองแดง ($\text{Cu}^{2+} + 2e^- \to \text{Cu}$) ต้องใช้ 2 อิเล็กตรอนต่ออะตอม สำหรับ $2\ \text{mol}$ โมลของอิเล็กตรอน จะได้ทองแดงเท่าไหร่?
- $2\ \text{mol e}^- \div 2 = 1\ \text{mol Cu}$.
- ดังนั้น $1$ โมลของทองแดงจะถูกชุบออกมา
$\text{Cu}^{2+} + 2e^- \to \text{Cu}$ ต้องใช้ 2 อิเล็กตรอนต่ออะตอม จะเกิดทองแดง $4\ \text{mol}$摩尔 จากอิเล็กตรอนจำนวนเท่าไร?
$4\ \text{mol e}^- \div 2 = 2\ \text{mol Cu}$.
เรียงลำดับขั้นตอนการคำนวณตามกฎของฟาราเดย์
ประจุ, จากนั้น摩尔ของอิเล็กตรอน, แล้วถึง摩尔ของผลิตภัณฑ์
การชุบเงิน ($\text{Ag}^+ + e^- \to \text{Ag}$) ต้องใช้ ____ อิเล็กตรอนต่ออะตอม
$\text{Ag}^+$ รับอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวต่ออะตอม
แปลงประจุเป็นโมลของอิเล็กตรอนโดยใช้ค่าคงที่ของฟาราเดย์ ก่อน แล้วใช้จำนวนอิเล็กตรอนจากสมการครึ่งปฏิกิริบิเพื่อหาโมลของผลิตภัณฑ์ ระวังจำนวนอิเล็กตรอนต่ออะตอม ($\text{Cu}^{2+}$ ใช้ 2, $\text{Ag}^+$ ใช้ 1) และ $Q = It$ ต้องใช้กระแสไฟเป็นแอมแปร์และเวลาเป็นวินาที
ใน กระบวนการแยกสารด้วยกระแสไฟฟ้า, ประจุ $Q = It$ ส่งผ่านอิเล็กตรอน หารด้วย ค่าคงที่ของฟาราเดย์ ($\approx 96{,}500\ \text{C/mol}$) เพื่อหาโมลของอิเล็กตรอน แล้วหารด้วยจำนวนอิเล็กตรอนต่ออะตอมจากสมการครึ่งปฏิกิริบิเพื่อหาโมลของผลิตภัณฑ์ ประจุมากขึ้น也会导致การชุบโลหะมากขึ้น