Dòng điện trong chất điện phân – Định luật Fa-ra-đây

Dòng điện trong chất điện phân chính là dòng ion âm và ion dương chuyển dời có hướng theo chiều ngược nhau. Dòng điện này được ứng dụng khá nhiều trong đời sống. Trong bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ cùng các bạn tìm hiểu chi tiết về bản chất, ứng dụng của dòng điện trong chất điện phân.

Thuyết điện li

Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như muối, bazơ và axit bị phân li một phần hay toàn bộ. Quá trình phân ly này sẽ tạo thành các nguyên tử hay nhóm nguyên tử tích điện được gọi là ion. Các ion này có thể chuyển động tự do trong dung dịch rồi trở thành hạt tải điện.

Tìm hiểu bản chất của dòng điện trong chất điện phân là gì?
Tìm hiểu bản chất của dòng điện trong chất điện phân là gì?

Bản chất dòng điện trong chất điện phân

– Dòng điện trong chất điện phân bản chất là dòng các ion dương (+) và ion âm (-) chuyển dời có hướng trong điện trường theo hai chiều ngược nhau.

– Dòng điện trong chất điện phân không chỉ riêng tải điện lượng mà còn tải cả vật chất (hiểu theo nghĩa hẹp) đi theo. Khi chúng di chuyển đến điện cực, chỉ có êlectron được đi tiếp, còn lượng vật chất sẽ đọng lại ở điện cực, tạo ra hiện tượng điện phân. Trong đó:

  • Ion dương di chuyển về phía catôt nên được gọi là cation
  • Ion âm di chuyển về phía anot nên được gọi là anion.

– Chất điện phân có khả năng dẫn điện kém hơn kim loại.

Ở điện cực diễn ra hiện tượng gì? Hiện tượng dương cực tan

Xem xét các hiện tượng xảy ra tại điện cực của bình điện phân dung dịch CuSO4 với điện cực bằng đồng. Đây là một trong các loại bình điện phân đơn giản nhất. Do nó có chất tan là muối của kim loại sử dụng làm điện cực. Trong trường hợp đang xét thì chất tan là đồng.

Khi cho dòng điện chạy qua, cation Cu2+ sẽ di chuyển về catot và nhận electron từ nguồn điện đi tới. Ta có hiện tượng xảy ra tại các điện cực như sau:

  • Ở catot: Cu2+ + 2e- → Cu
  • Ở anot: Cu → Cu2+ + 2e-

Khi anion (SO4)2- di chuyển về anot, nó sẽ kéo theo ion Cu2+ vào dung dịch. Như vậy, đồng ở phía anot sẽ tan dần vào trong dung dịch. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng dương cực tan.

Ta có các kết luận như sau:

– Các ion di chuyển về các điện cực có thể tác dụng với dung môi hoặc chất làm điện cực tạo thành các phản ứng hóa học. Các phản ứng này được gọi là phản ứng phụ trong hiện tượng điện phân.

– Các anion đi về phía anot và kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch được gọi là hiện tượng dương cực tan.

Các hiện tượng xảy ra ở điện cực được biểu diễn theo hình trên
Các hiện tượng xảy ra ở điện cực được biểu diễn theo hình trên

Các định luật Fa-ra-đây

Do dòng điện trong chất điện phân mang điện lượng cùng với vật chất, vì thế khối lượng chất đi tới điện cực sẽ:

– Tỉ lệ nghịch với điện tích của ion hay nói cách khác là hóa trị n của nguyên tố tạo ra ion đó.

– Tỉ lệ thuận so với điện lượng đi qua bình điện phân.

– Tỉ lệ thuận với khối lượng của ion hay nói cách khác là khối lượng mol nguyên tử A của nguyên tố tạo nên ion đó.

Định luật Fa-ra-đây thứ nhất

Khối lượng vật chất được giải phóng ra ở điện cực bình điện phân sẽ tỉ lệ thuận với điện lượng đi qua bình đó:

m = kq

Trong đó, k được gọi là đương lượng điện hoá của chất đã giải phóng ra ở điện cực.

Định luật Fa-ra-đây thứ hai

Đương lượng điện hoá (k)của một nguyên tố sẽ tỉ lệ với đương lượng gam của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ bằng với F được gọi là số Fa-ra-đây. Biểu thức:

Nếu ta tính I bằng đơn vị ampe, t tính bằng đơn vị giây thì: F = 96 494 C/mol.

Kết hợp cả hai định luật Fa-ra-đây ở trên, ta có công thức Fa-ra-đây là: 

Trong đó:

  • F = 96500 C/mol
  • A là khối lượng phân tử
  • n là hóa trị
  • I là ký hiệu của cường độ dòng điện (A)
  • t là ký hiệu của đại lượng thời gian dòng điện chạy qua (s)
  • m là khối lượng chất được giải phóng ra tại điện cực (g)

Một số ứng dụng của hiện tượng điện phân trong thực tế

Hiện tượng điện phân được sử dụng khá nhiều trong sản xuất và đời sống. Một vài ứng dụng của dòng điện trong chất điện phân trong thực tế là:

Một số ứng dụng của hiện tượng điện phân trong công nghiệp

Điều chế hoá chất

Hiện tượng điện phân được ứng dụng trong các nhà máy để điều chế hidro, clo và xút. Đây là một ứng dụng quan trọng trong công nghiệp hoá chất.

Luyện kim

  • Người ta ứng dụng hiện tượng dương cực tan trong quá trình tinh chế kim loại.
  • Các kim loại như nhôm, đồng, magiê và các hóa chất được luyện bằng phương pháp điện phân.
  • Trong bể điện phân, quặng nhôm nóng chảy là cực dương và cực âm được làm bằng than. Còn chất điện phân sẽ là muối nhôm nóng chảy. Dòng điện đi qua bể khoảng 104A.

Mạ điện

  • Phương pháp điện phân được ứng dụng trong việc phủ một lớp kim loại không gỉ như crôm, niken, bạc, vàng,… lên các đồ vật làm từ kim loại khác.
  • Trong bể điện phân, anot là kim loại để mạ còn catot chính là vật cần mạ.
  • Chất điện phân thường sử dụng là dung dịch muối kim loại để mạ. Dòng điện chạy qua bể được điều chỉnh thích hợp để chất lượng của lớp mạ được đảm bảo.

Qua bài viết trên, chúng tôi đã cùng các bạn tìm hiểu về bản chất, các định luật và ứng dụng của dòng điện trong chất điện phân. Hy vọng những thông tin mà thosuaxe.info đã cung cấp sẽ giúp ích được cho bạn. Cảm ơn các bạn đã đọc tin!

Xem thêm:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *