ما هو قانون فاراداي الأول ؟

Question

ما هو قانون فارادي الأول Faraday's First Law؟

Answer 1

 قانون فاراداي الأول

إذا تم غمس قطبين في محلول مائي لملح من الأملاح أو حمض أو قاعدة وتم توصيلهما بمصدر تيار نجد حدوث تفاعلات كييمائية على سطح القطب.

- مثال: عند مرور تيار كهربي فى محلول حمض HCl وبإستخدام قطبين من البلاتين نجد تصاعد غاز الكلور عند الآنود وغاز الهيدروجين عند الكاثود  وتعتبر هذة التفاعلات أولية ، ويمكن أن تكون مصحوبة بتفاعلات ثانوية. والتفاعلات الأولية تتبع قوانين فارادي للتحليل الكهربي.

- لقد قام مايكل فاراداي عام 1843م بدراسة التحليل الكهربائي وتوصل إلى قانونين يحكمان عملية التحليل الكهربائي.

- فكان فاراداي أول من أكتشف بشكل كمي العلاقة الموجودة بين كمية التيار المستعمل ومدى التغير الكيميائي الذي يحدث عند الأقطاب أثناء التحليل الكهربائي.

نص قانون فارادي الأول

- ينص قانون فاراداى الأول أنه:

" تتناسب كمية المادة (m (g التي يطرأ عليها تغير كيميائي (أكسدة أو اختزال (ذوبان ، ترسيب أو تصاعد غاز)) عند الأقطاب تناسباً طردياً مع كمية الكهرباء (Q) التى تمر في المحلول الإلكتروليتي أو المصهور"

وبإختصار:

" كمية المواد الناتجة بالتحليل الكهربائي تتناسب طردياً مع كمية الكهرباء المارة في المحلول"

- وتقاس كمية الكهرباء (Q) بالكولوم وهو عدد الأمبيرات (شدة التيار) المارة فى وحدة الزمن

الصيغة الرياضية لقانون فارادي الأول

- بافتراض أن كمية المادة التى يطرأ عليها تغير عند الأقطاب (ذوبان / ترسيب / تصاعد غاز) كتلتها (m) بوحدة الجرام (g) ، وشدة التيار المطبقة هي (I) بوحدة الأمبير (A) وزمن مرور التيار هو (t) بوحدة الثانية (s).

فإن القانون الأول بفاراداى بصورته الرياضية:

حيث K : ثابت التناسب ويسمى بالمكافئ الكهروكيميائي (electrochemical equivalents) ، وتعتمد قيمته على نوع المادة التى تطرأ عليها تغير. 

- ويمكن تعريف المكافئ الكهروكيميائي K رياضياً:

هو كمية المادة (بالجرامات او الكيلو جرامات) التى يطرأ عليها تغير (أكسدة أو أختزال) نتيجة مرور كمية من الكهرباء مقدارها كولوم واحد 

حساب المكافئ الكهروكيميائي (K)

- يحسب من العلاقة التالية:

أو من العلاقة التالية:

حيث أن:

M_W : تعبر عن الوزن الجزيئي عندما يكون الناتج جزيئاً مثل (H₂ , Cl₂).

A_W : تعبر عن الوزن الذري عندما يكون الناتج معدناُ مثل (Ag , Cu)

E_W : يعبر عن الوزن المكافئ وهو عبارة عن قسمة الوزن الجزيئي أو الوزن الذري على عدد الإلكترونات المتنقلة فى التفاعل الموزون (z)

وعلى هذا يمكن تعريف المكافئ الكهروكيميائي (K) بأنه:

"وزن العنصر المترسب بمرور واحد كولوم من الكهرباء"

- الجدول التالي يوضح بعض المكافئات الكيميائية الكهربائية لبعض العناصر المعروفة:

- بدمج العلاقتين (K = Aw / ZF) والعلاقة (m = K . I . t) في قانون واحد:

وبما أن Q = I .t  فأن:

حيث Ew = Aw / Z

مثال (1) : احسب الوزن المكافئ الكهروكيميائي لكل من الهيدروجين (H2) والفضة (Ag) إذا علمت أن الكتل الذرية (Ag = 108 , H = 1)

الحل : 

باستخدام قانون المكافئ الكهروكيميائي التالي:

يكون:

مثال (2): مرر تيار شدته (1.5A) فى محلول CuCl₂ ولمدة ساعة. فإذا كان وزن النحاس المترسب (1.778) فما الوزن المكافئ للنحاس؟

بتطبيق قانون فارادي الأول

Answer 2

قانون فاراداي الأول 

هو أول قوانين الكيمياء الكهربائية وينص على أنه تتناسب كمية التحلل الكيميائي الناتجة عن مرور تيار كهربي في محلول - أى كمية المادة المتكونة أو المستهلكة - تتناسب طردياً مع كمية الكهرباء المارة فى المحلول.

Answer 3

كتل المواد المترسية عند المهبط ( الكاثود ) بالتحليل الكهربى تتناسب مع كمية الكهرباء المارة فى المحلول  

كتلة المادة المترسبة بالجرام = كمية الكهرباء المارة بالفاراداى X  الوزن المكافىء الجرامى للمادة المترسبة