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電解水基礎之法拉第和法拉第定律

 發布時間:2022-12-23    點擊量:96


今天我們科普點兒最最基本面的常識吧,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),英國物理學家、化學家,也是著名的自學成才的科學家。法拉第1791年9月22日出生于薩里郡紐因頓一個貧苦鐵匠家庭,僅上過小學。1831年,他作出了關于電力場的關鍵性突破,永遠改變了人類文明。邁克爾·法拉第是英國著名化學家戴維的學生和助手,他的發現奠定了電磁學的基礎,是詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的先導。1831年10月17日,法拉第發現電磁感應現象,并進而得到產生交流電的方法。1831年10月28日法拉第發明了圓盤發電機,是人類創造出的第一個發電機。1867年8月25日,法拉第病醫治無效而逝,享年76歲。
眾所知,法拉第在電磁學方面做出了偉大貢獻,被稱為“電學之父"和“交流電之父"。但他的貢獻遠遠不止這些,還包括:發現了電解定律,推廣專業用語、并發現苯等物質。


由于我們關注電解水,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。電解定律共有兩個,即電解第一定律和電解第二定律。電解定律是法拉第在總結大量實驗結果的基礎上,于 1834 年所確定的關于電解的兩條基本定律。


1、電解第一定律
電解第一定律 在電極上析出(或溶解)的物質的質量 m同通過電解液的總電量Q (即電流強度I與通電時間t的乘積)成正比,即:



其中:


比例系數K的值同所析出(或溶解)的物質有關,叫做該物質的電化學當量(簡稱電化當量)。電化當量等于通過1庫侖電量時析出(或溶解)物質的質量。

2、電解第二定律:

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


其中:
中比例系數a對所有的物質都有相同的數值,通常把它寫成 1/F,F 叫做法拉第常數,簡稱法拉第,其值為 9.648455x10000 C/mol(庫侖/摩爾)。
3、電解第一定律和電解第二定律結合后可以用以下等式表示:


若物質的質量m以克表示時的數值恰等于其化學當量A/Z,則稱物質的量為1克當量。按照法拉第電解定律,在電極上析出(或溶解)1克當量物質所需的電荷量為 F。

當物質的量為1mol時,組成該物質的原子個數等于阿伏伽德羅常數 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所需的電量ZF。它等于 N0Z價離子所帶電量的絕對值之和。每一個Z價離子所帶電量的絕對值等于基本電荷e(電子所帶電量的絕對值,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 F與阿伏伽德羅常數N0之比。
法拉第電解定律是電化學中的重要定律,在電化學生產中經常用到它。歷史中,法拉第電解定律曾啟發物理學家形成電荷具有原子性的概念,這對于導致基本電荷e的發現以及建立物質的電結構理論具有重大意義。在R.A.密立根測定電子的電荷e以后曾根據電解定律的結果計算阿伏伽德羅常數 N0。


結語:

1.您把今天的內容結合昨天電解水能耗以及產氫量計算結合起來理解,就能完理解電解水的能耗基礎邏輯了。

2.感嘆于學習和學習能力的重要性。法拉第是小學畢業,是自學成才的偉大科學家。



文章來源: 氫眼所見

注:本文已經獲得轉載權

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