Простые расчеты в электролизе. Получение водорода. (стр. 2)
Электрохимический эквивалент берется из справочника. Но если электрохимический справочник недоступен, то э.эквивалент легко посчитать исходя из Второго закона Фарадея, на основании данных, которые легко найти в Таблице Менделеева.
А сейчас, давайте посмотрим на практическую сторону Первого закона Фарадея.
Для примера, посчитаем какое количество никеля выделится на катоде (при электролизе раствора сернокислого никеля), за 10 минут и токе 5 Ампер. Для никеля α = 0,304.
M(mg) = α * I (в амперах) * t (в секундах) = M (в миллиграммах)
M(mg) = 0,304 * 5 * ( 10 * 60 ) = 912 миллиграмм Никеля.
Для водорода, электрохимический эквивалент равен α = 0,0104. При том же токе и времени, из другого электролита, на катоде выделится:
M(mg) = α * I * t = 0,0104 * 5 * ( 10 * 60 ) = 31,2 миллиграмма Водорода.
Копнем немного глубже и попытаемся разобраться с Кулоном и Ампером.
Кулон равен количеству электричества, проходящего через проводник при силе тока 1 Ампер за время 1 сек.
Ампер – единица измерения силы тока. Нас может заинтересовать то, что при силе тока в 1 Ампер через проводник (раствор), в течении одной секунды, проходят (пролетают) приблизительно 6,24*Е18 электронов и каждый электрон переносит заряд 1,602*Е-19 Кл.
Самое время перейти ко Второму закону Фарадея, который говорит, что:
Количества веществ, выделившихся на электродах при прохождении одинакового количества электричества, прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.
Таким образом, Второй закон Фарадея устанавливает пропорциональную связь между электрохимическим и химическим эквивалентом и показывает от каких свойств вещества зависит величина его электрохимического эквивалента.
На самом деле между двумя эквивалентами существует связь в виде коэффициента 0,01036. Если разделить электрохимический эквивалент любого вещества на его химический эквивалент, то всегда получится магическое число 0,01036.
0,01036 = α / m , или α = 0,01036 * m .
α – электрохимический эквивалент (в миллиграммах)
m – химический эквивалент (в граммах)
Осталось только выяснить что такое химических эквивалент вещества.
Химический эквивалент, это отношение атомного веса химического элемента к его валентности. Валентность, в простом приближении, это количество электронов, которые может принять или отдать химический элемент, для участия в химическом соединении. Возьмем к примеру молекулу воды. В ней каждый атом водорода (с валентностью единица) отдает свой единственный электрон, а атом кислорода (с валентностью равной двум) принимает два электрона. Произведем несложные вычисления. Атомный вес водорода равен 1,00797. Делим на валентность 1 и получаем, что химический эквивалент водорода ~ равен единице. Для кислорода, делим атомный вес равный 15,9994 на валентность равную 2 и получаем химический эквивалент равный ~ 8.
Прежде, чем приступать к экспериментам с водородом необходимо знать, что водород достаточно опасное вещество. Молекулы водорода при комнатной температуре малоактивны. Их реакционная способность увеличивается при нагревании, под действием ультрафиолетовых лучей, ионизирующих излучений, в присутствии катализаторов, искрового разряда. В присутствии платинового, никилевого, иногда железного катализатора, гремучая смесь взрывается при незначительном нагревании. Известно, из школьного курса, что при соотношении водорода и кислорода 2:1 образуется гремучая смесь, которая легко взрывается от искры или при поджигании. В школе не объяснили, что водород в смеси с кислородом или воздухом, взрывоопасен в широком диапазоне концентаций. К примеру, диапазон концентраций водорода в кислороде, сохраняет взрывоопасность в пределах 4,5 до 95 процентов, а смесь с воздухом в диапазоне 4,1 до 74 процентов. При этом смеси самовозгораются при температурах 450 и 510 градусов Цельсия соответсвенно. Скорость распределения пламени таких смесях 0,89 и 0,27 м/сек. (скорость звука в воздухе составляет 340 м/сек.) В гремучей смеси, скорость распространения пламени превышает скорость звука и составляет 2820 – 2860 метров в секунду, что позволяет говорить не о горении, а о детонации, т.е. распространении фронта пламени со сверхзвуковой скоростью. На этом основан экспрес анализ, который произвдят по звуку згорания микропорций таких смесей. Они сгорают либо с хлопком либо с громким щелчком, соответсвенно.