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電解水基礎(chǔ)之法拉第和法拉第定律

 更新時(shí)間:2022-12-23    點(diǎn)擊量:2647


今天我們科普點(diǎn)兒最最基本面的常識(shí)吧,我們理解電解一定要理解法拉第和法拉第定律,所以今天我們就科普一下法拉第和法拉第定律。
邁克爾·法拉第 (Michael Faraday,1791年9月22日~1867年8月25日),英國物理學(xué)家、化學(xué)家,也是著名的自學(xué)成才的科學(xué)家。法拉第1791年9月22日出生于薩里郡紐因頓一個(gè)貧苦鐵匠家庭,僅上過小學(xué)。1831年,他作出了關(guān)于電力場的關(guān)鍵性突破,永遠(yuǎn)改變了人類文明。邁克爾·法拉第是英國著名化學(xué)家戴維的學(xué)生和助手,他的發(fā)現(xiàn)奠定了電磁學(xué)的基礎(chǔ),是詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的先導(dǎo)。1831年10月17日,法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象,并進(jìn)而得到產(chǎn)生交流電的方法。1831年10月28日法拉第發(fā)明了圓盤發(fā)電機(jī),是人類創(chuàng)造出的個(gè)發(fā)電機(jī)。1867年8月25日,法拉第病醫(yī)治無效而逝,享年76歲。
眾所知,法拉第在電磁學(xué)方面做出了偉大貢獻(xiàn),被稱為“電學(xué)之父"和“交流電之父"。但他的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些,還包括:發(fā)現(xiàn)了電解定律,推廣專業(yè)用語、并發(fā)現(xiàn)苯等物質(zhì)。


由于我們關(guān)注電解水,所以我們今天僅科普電解定律,也是我們理解電解水能耗的必要理論基礎(chǔ)。電解定律共有兩個(gè),即電解定律和電解第二定律。電解定律是法拉第在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,于 1834 年所確定的關(guān)于電解的兩條基本定律。


1、電解定律
電解定律 在電極上析出(或溶解)的物質(zhì)的質(zhì)量 m同通過電解液的總電量Q (即電流強(qiáng)度I與通電時(shí)間t的乘積)成正比,即:



其中:


比例系數(shù)K的值同所析出(或溶解)的物質(zhì)有關(guān),叫做該物質(zhì)的電化學(xué)當(dāng)量(簡稱電化當(dāng)量)。電化當(dāng)量等于通過1庫侖電量時(shí)析出(或溶解)物質(zhì)的質(zhì)量。

2、電解第二定律:

 當(dāng)通過各電解液的總電量Q相同時(shí),在電極上析出(或溶解)的物質(zhì)的質(zhì)量 m 同各物質(zhì)的化學(xué)當(dāng)量 C(即原子量 A 與原子價(jià)Z之比值)成正比。電解第二定律也可表述為:物質(zhì)的電化學(xué)當(dāng)量K同其化學(xué)當(dāng)量C成正比,即:


其中:
中比例系數(shù)a對(duì)所有的物質(zhì)都有相同的數(shù)值,通常把它寫成 1/F,F(xiàn) 叫做法拉第常數(shù),簡稱法拉第,其值為 9.648455x10000 C/mol(庫侖/摩爾)。
3、電解定律和電解第二定律結(jié)合后可以用以下等式表示:


若物質(zhì)的質(zhì)量m以克表示時(shí)的數(shù)值恰等于其化學(xué)當(dāng)量A/Z,則稱物質(zhì)的量為1克當(dāng)量。按照法拉第電解定律,在電極上析出(或溶解)1克當(dāng)量物質(zhì)所需的電荷量為 F。

當(dāng)物質(zhì)的量為1mol時(shí),組成該物質(zhì)的原子個(gè)數(shù)等于阿伏伽德羅常數(shù) N0,其值約為6.022x10的(23次方) /mol。因此,按照法拉第定律,在電極上析出一摩爾物質(zhì)所需的電量ZF。它等于 N0個(gè)Z價(jià)離子所帶電量的值之和。每一個(gè)Z價(jià)離子所帶電量的值等于基本電荷e(電子所帶電量的值,約為 1.602x10的(-19次方)庫侖)的Z倍,由此可見:   


即基本電荷e等于法拉第常數(shù) F與阿伏伽德羅常數(shù)N0之比。
法拉第電解定律是電化學(xué)中的重要定律,在電化學(xué)生產(chǎn)中經(jīng)常用到它。歷史中,法拉第電解定律曾啟發(fā)物理學(xué)家形成電荷具有原子性的概念,這對(duì)于導(dǎo)致基本電荷e的發(fā)現(xiàn)以及建立物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)理論具有重大意義。在R.A.密立根測定電子的電荷e以后曾根據(jù)電解定律的結(jié)果計(jì)算阿伏伽德羅常數(shù) N0。


結(jié)語:

1.您把今天的內(nèi)容結(jié)合昨天電解水能耗以及產(chǎn)氫量計(jì)算結(jié)合起來理解,就能完理解電解水的能耗基礎(chǔ)邏輯了。

2.感嘆于學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)能力的重要性。法拉第是小學(xué)畢業(yè),是自學(xué)成才的偉大科學(xué)家。



文章來源: 氫眼所見

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