Најважније из лекције
- Електролиза: Раздвајање састојака електролита помоћу једносмерне струје (катјони иду на катоду, анјони на аноду).
- Отпорност електролита: Опада са порастом температуре услед повећане дисоцијације јона.
- I Фарадејев закон: \( m = k \cdot q = k \cdot I \cdot t \) - маса издвојене супстанце је пропорционална протеклом наелектрисању.
- II Фарадејев закон: \( k = \frac{1}{F}\frac{M}{z} \) - електрохемијски еквивалент зависи од моларне масе и валенце јона (\(F \approx 96\,500\text{ C/mol}\)).
- Термоелектронска емисија: Излазак електрона са површине метала када им се топлотом преда енергија већа од излазног рада.
Електролиза је процес издвајања компонената раствора електролита на електродама услед протицања једносмерне електричне струје.
Носиоци струје: Протицање струје кроз електролите омогућавају слободни позитивни јони (катјони) и негативни јони (анјони).
- Позитивни јони (катјони) крећу се ка негативној електроди – катоди.
- Негативни јони (анјони) крећу се ка позитивној електроди – аноди.
За разлику од метала (код којих отпорност расте са температуром), код електролита отпорност опада са порастом температуре. Разлог је већи степен електролитичке дисоцијације на вишим температурама, чиме се повећава концентрација слободних јона.
Маса издвојене супстанције на свакој од електрода сразмерна је количини наелектрисања која је протекла кроз електролит.
\[ m = k \cdot q = k \cdot I \cdot t \]
\( m \) – маса издвојене супстанце, \( q \) – протекла количина наелектрисања (\( q = I \cdot t \)), \( k \) – електрохемијски еквивалент.
Електрохемијски еквивалент (\(k\)) је карактеристика врсте јона и представља масу супстанције коју издвоји наелектрисање од \(1\text{ C}\).
Јединица за електрохемијски еквивалент је килограм по кулону (\(\text{kg/C}\)) или милиграм по кулону (\(\text{mg/C}\)).
Електрохемијски еквивалент директно је сразмеран моларној маси, а обрнуто сразмеран валентности јона дате супстанције.
\[ k = \frac{1}{F} \frac{M}{z} \]
\( M \) – моларна маса супстанце, \( z \) – валенца јона, \( F \) – Фарадејева константа (\( F \approx 96\,500\text{ C/mol} \)).
Обједињени Фарадејев закон:
\[ m = \frac{1}{F} \frac{M}{z} \cdot I \cdot t \]
Електролиза има веома широку индустријску примену:
- Рафинација и добијање метала: Индустријско пречишћавање бакра (чист бакар се таложи на катоди, а нечистоће на аноди).
- Добијање гасова: Електролиза воде ради индустријског добијања чистог водоника и кисеоника.
- Галваностегија: Електролитичко наношење заштитних и украсних металних слојева ради заштите од корозије и хабања (поцинковање челика, позлата, хромирање, никловање).
Излазни рад је минимални рад који електрон мора да изврши да би савладао привлачне силе и напустио површину метала.
Термоелектронска емисија је појава излетања (емитовања) електрона са површине метала услед његовог загревања.
На собној температури занемарљив број слободних електрона има довољну кинетичку енергију да напусти метал. Загревањем се електронима предаје топлотна енергија, те све већи број њих савладава излазни рад. Ова појава је основа рада катодних цеви и електронских вакуумских цеви.
Задаци за вежбање
1. Лаки задатак: Кроз електролитичку ћелију са раствором сребра протекла је количина наелектрисања од \( 500\text{ C} \). Колика маса сребра се издвојила на катоди ако је електрохемијски еквивалент сребра \( k = 1{,}118\text{ mg/C} \)?
Примењујемо Први Фарадејев закон електролизе:
\[ m = k \cdot q \]
\[ m = 1{,}118\text{ mg/C} \cdot 500\text{ C} = 559\text{ mg} = 0{,}559\text{ g} \]
Одговор: На катоди се издвојило \( 559\text{ mg} \) сребра.
2. Средњи задатак: Израчунајте електрохемијски еквивалент двовалентног бакра \(\text{Cu}^{2+}\) (\(z = 2\)) чија је моларна маса \( M = 63{,}5\text{ g/mol} = 63{,}5 \cdot 10^{-3}\text{ kg/mol} \). Фарадејева константа износи \( F = 96\,500\text{ C/mol} \).
Према Другом Фарадејевом закону електролизе:
\[ k = \frac{1}{F} \frac{M}{z} \]
\[ k = \frac{1}{96\,500\text{ C/mol}} \cdot \frac{63{,}5 \cdot 10^{-3}\text{ kg/mol}}{2} \]
\[ k = \frac{0{,}0635}{193\,000} \approx 3{,}29 \cdot 10^{-7}\text{ kg/C} = 0{,}329\text{ mg/C} \]
Одговор: Електрохемијски еквивалент бакра износи приближно \( 0{,}329\text{ mg/C} \).
3. Тежи задатак: Струја јачине \( I = 2{,}5\text{ A} \) протиче кроз раствор електролита. За које време ће се на катоди издвојити \( 1{,}98\text{ g} \) супстанце чији је електрохемијски еквивалент \( k = 0{,}33\text{ mg/C} \)?
Ускладимо мерне јединице:
\[ m = 1{,}98\text{ g} = 1980\text{ mg} \]
\[ k = 0{,}33\text{ mg/C} \]
Из Првог Фарадејевог закона:
\[ m = k \cdot I \cdot t \implies t = \frac{m}{k \cdot I} \]
\[ t = \frac{1980\text{ mg}}{0{,}33\text{ mg/C} \cdot 2{,}5\text{ A}} = \frac{1980}{0{,}825} = 2400\text{ s} = 40\text{ min} \]
Одговор: Потребно време је \( 2400\text{ s} \) (односно \( 40\text{ минута} \)).
