قوانين فاراداي للتحليل الكهربائي

خطوات الاستخدام

أدخل شدة التيار الكهربائي (I) بالأمبير. يمثل التيار كمية الشحنة المتدفقة خلال الدائرة لكل وحدة زمن. كلما زاد التيار، زادت كمية المادة المترسبة أو المنطلقة.

أدخل الزمن (t) بالثواني. مدة مرور التيار تحدد الشحنة الكلية Q = I × t. يجب تحويل الزمن إلى ثوانٍ إذا كان بوحدات أخرى (ساعة = 3600 ثانية).

أدخل الكتلة المولية (M) للمادة بالجرام لكل مول. يمكن إيجادها من الجدول الدوري. مثلاً، الفضة Ag = 107.87 g/mol، النحاس Cu = 63.55 g/mol.

أدخل عدد الإلكترونات (n) المتبادلة لكل أيون أو جزيء. يعتمد على تفاعل الأكسدة-اختزال. مثلاً، Ag⁺ + e⁻ → Ag: n=1، Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu: n=2.

الأسئلة الشائعة

ينص قانون فاراداي الأول على أن كتلة المادة المترسبة أو المنطلقة عند أي قطب تتناسب طردياً مع كمية الشحنة الكهربائية المارة عبر المحلول. رياضياً: m ∝ Q، وبإدخال ثابت التناسب Z (المكافئ الكهروكيميائي) يصبح m = Z × Q. ويمكن التعبير عن Z بدلالة الكتلة المولية M وعدد الإلكترونات n وثابت فاراداي F كالتالي: Z = M / (nF). وذلك لأن كمية الشحنة اللازمة لترسيب مول واحد من المادة تساوي nF كولوم. وبالتالي، الصيغة النهائية: m = (Q × M) / (n × F). حيث Q = I × t (إذا كان التيار ثابتاً). هذا القانون أساسي في فهم عمليات الطلاء الكهربائي، تنقية المعادن، وإنتاج المواد الكيميائية.

ثابت فاراداي (F) يمثل كمية الشحنة الكهربائية في مول واحد من الإلكترونات. يُحسب بضرب عدد أفوجادرو (NA ≈ 6.022 × 10²³) في شحنة الإلكترون الأولية (e ≈ 1.602 × 10⁻¹⁹ كولوم): F = NA × e = 6.022 × 10²³ × 1.602 × 10⁻¹⁹ ≈ 96485 كولوم/مول. الارتباط بينهما دقيق لأن كل إلكترون يحمل شحنة أولية، ومول الإلكترونات يحتوي على عدد أفوجادرو من الإلكترونات. يُستخدم ثابت فاراداي في كل حسابات التحليل الكهربائي لتحويل الكتلة إلى شحنة والعكس.

عدد الإلكترونات n يحدد عدد المولات الإلكترونية اللازمة لتكوين مول واحد من المادة. فكلما زاد n، زادت كمية الشحنة المطلوبة لترسيب نفس الكتلة، مما يقلل الكتلة الناتجة لنفس الشحنة الكلية. على سبيل المثال، لترسيب مول من الفضة (n=1) نحتاج 96485 كولوم، بينما لترسيب مول من النحاس (n=2) نحتاج 192970 كولوم. لذلك، لنفس الشحنة، كتلة النحاس ستكون نصف كتلة الفضة تقريباً (مع مراعاة اختلاف الكتل المولية). هذا المبدأ مهم في تصميم الخلايا الكهربائية لتحسين العائد.

لقوانين فاراداي تطبيقات واسعة: (1) الطلاء الكهربائي: طلاء المعادن بالذهب أو الفضة أو الكروم لحمايتها أو تجميلها. (2) تنقية المعادن: مثل تنقية النحاس حيث يُستخدم التحليل الكهربائي لإزالة الشوائب. (3) إنتاج المواد الكيميائية: مثل تحليل الماء لإنتاج الهيدروجين والأكسجين. (4) استخراج المعادن من خاماتها: مثل الألومنيوم عبر عملية هول-هيرو. (5) صناعة البطاريات: حيث تحدث تفاعلات أكسدة-اختزال تُنتج تياراً كهربائياً. فهم قانون فاراداي يساعد في تحسين كفاءة هذه العمليات وحساب المواد المطلوبة.

قوانين فاراداي للتحليل الكهربائي

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

أمثلة محلولة

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

1إذا مر تيار شدته 2 أمبير عبر محلول نترات الفضة (AgNO₃) لمدة ساعة واحدة (3600 ثانية)، فما كتلة الفضة المترسبة؟ (كتلة الفضة المولية = 107.87 g/mol، n=1).

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة