Dòng điện trong chất điện phân
1. Thuyết điện li
- Trong dung dịch, các hợp chất hóa học như axit, bazơ và muối bị phân li (một phần hoặc toàn bộ) thành các nguyên tử (hoặc nhóm nguyên tử) tích điện gọi là ion; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện
- Axit phân li thành ion âm (gốc axit)- và ion dương \(H^+\)
- Bazơ phân li thành ion âm \((OH)^-\) và ion dương (kim loại)+
- Muối phân li thành ion âm (gốc axit)- và ion dương (kim loại)+
- Các ion dương và âm vốn đã tồn tại sẵn trong các phân tử axit, bazơ và muối. Chúng liên kết chặt với nhau bằng lực hút culông. Khi tan vào nước hoặc một dung môi khác, lực hút culông yếu đi, liên kết trở nên lỏng lẻo. Một số phân tử bị chuyển động nhiệt tách thành các ion tự do
- Chuyển động nhiệt mạnh trong các muối hoặc bazơ nóng chảy cũng làm các phân tử này phân li thành các ion tự do như các dung dịch. Ta gọi những dung dịch và chất nóng chảy trên là chất điện phân.
2. Bản chất dòng điện trong chất điện phân
- Dòng điện trong chất điện phân là dòng ion dương và ion âm chuyển động có hường theo hai chiều ngược nhau
3. Các hiện tượng diễn ra ở điện cực. Hiện tượng dương cực tan
- Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch
- Ví dụ điện cực làm bằng đồng (Cu) được nhúng vào dung dịch điện phân là đồng sunfat (\(CuSO_4\)).
- Khi có dòng điện chạy qua, cation \(Cu^{2+}\) chạy về catôt và nhận êlectron từ nguồn điện đi tới. Ta có:
\(Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu\)
Đồng hình thành ở catôt sẽ bám vào cực này
- Ở Anôt, êlectron bị kéo về cực dương của nguồn điện, tạo điều kiện hình thành ion \(Cu^{2+}\) trên bề mặt tiếp xúc với dung dịch
\(Cu\rightarrow Cu^{2+} + 2e^- \)
Khi anion \((SO_4)^{2-}\) chạy về phía anôt nó kéo ion \(Cu^{2+}\) vào dung dịch. Như vậy đồng ở anôt sẽ tan dần vào trong dung dịch. Đó là hiện tượng dương cực tan
4. Các định luật Fa-ra-đây
- Định luật Fa-ra-đây thứ nhất:
Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lên thuận với điện lượng chạy qua bình đó
\(m=kq\) k được gọi là đương lượng điện hóa của chất được giải phóng ở điện cực
- Định luật Fa-ra-đây thứ hai:
Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam \(\frac{A}{n}\) của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là \(\frac{1}{F}\), trong đó F gọi là số Fa-ra-đây
\(k=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}\) với F=96500 C/mol
- Kết hợp lại hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây
\(m=\frac{1}{F}.\frac{A}{n}It\)
5. Ứng dụng của hiện tượng điện phân
- Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống như luyện nhôm, tinh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện,..