Выход по току

Эта страница требует существенной переработки. Возможно, её необходимо викифицировать, дополнить или переписать. Пояснение причин и обсуждение — на странице Википедия:К улучшению/3 июля 2012. Дата постановки к улучшению — 3 июля 2012.

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда (Q_f) к теоретически необходимому (Q_t) для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса (m_f).

$B_{Q}=\frac{Q_{f}}{Q_{t}}*100%$

Иногда выход по току рассчитывается как отношение массы при фактическом массопереносе m_f к теоретическому массопереносу m_t, рассчитанному по закону Фарадея:

$B_{m}=\frac{m_{f}}{m_{t}}*100%$

Для случая осаждения массы на электроде выход по току оказывается всегда выше 1. Для случая растворения материала электрода выход по току оказывается всегда ниже 1.

Выход по току связан с электрохимическим эквивалентом.

Электрохимическим эквивалентом в гальванотехнике называют количество вещества, выделившееся или растворившееся на электроде, отнесённое к величине заряда, пропущенного через электролит:

$EA=\frac{m_{f}}{Q_{f}}=\frac{m_{f}}{\int\limits_0^t I_{f}(t) dt}$,

где

m_f - масса фактически осаждённого или растворённого материала электрода;

Q_f - фактически пропущенный заряд, определяемый как интеграл пропускаемого через электролит тока по времени.

Теоретические основы

Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей.

Согласно законам Фарадея, при прохождении электрического тока через электролизёр в соответствии с законами Фарадея количество вещества, которое разряжается на электроде (если происходит только один процесс), прямо пропорционально количеству электричества, которое прошло через раствор. При прохождении количества электричества F, равного числу, Фарадея (96 487 Кл, или иначе 26,8 А • ч), происходит разряд одного грамм-эквивалента любого вещества. Число Фарадея определяется как произведение единичного заряда на число Авогадро.

На основе закона Фарадея рассчитывают количество металла т (в граммах), выделившегося (или растворившегося) на электроде при прохождении через электролит тока / (в амперах) в течение тч:

/тЭ

(11,24)

где Э = A/Z — грамм-эквивалент выделившегося на электроде металла (А — атомная масса металла, Z — валентность).

Для удобства расчетов введена величина, называемая электрохимическим эквивалентом, — ЭА ч, равная количеству вещества, выделенному (или растворенному) при протекании заданного количества прошедшего электричества. Электрохимический эквивалент принято выражать в мг/Кл (миллиграмм/кулон) или г/А • ч.

Существуют таблицы с приведёнными атомными массами и электрохимическими эквивалентами элементов.

На электроде могут протекать одновременно не один, а два и большее количество процессов. В этом случае ток (и соответственно количество электричества) распределяется между двумя и более процессами.

При электролизе во многих случаях выделяется меньше вещества, чем должно получиться по законам Фарадея. Этo oбъяcняeтcя тeм, чтo нaряду c ocнoвными элeктрoдными прoцeccaми oкиcлeния и вoccтaнoвлeния практически всегда протекают побочные реакции (взаимодействие образовавшихся при электролизе веществ с элeктрoлитoм, выдeлeниe нaряду c мeтaллoм нa кaтoдe вoдoрoдa и др.). Кроме того, часть электрической энергии тратится на преодоление сопротивления электролита. Поэтому для экономической оценки процесса электролиза вводят такие понятия, как выход по току и расход энергии на получение единицы продукции энергии.

Выход по току — это выраженное в процентах отношение количества фактически затраченного электричества (Qфакт) к теоретически необходимому(Qтеор):

Bт = (Qфакт/ Qтеор)·100 %

Иногда в задачах используется выход по току, рассчитанный как степень отклонения массы фактически прореагировавшего на электроде вещества (mфакт) к теоретически рассчитанной по закону Фарадея (mтеор):

Bт = (mфакт/ mтеор)·100 %

Единицы измерения

Выход по току как следует из приведенных в определении формул указывается в процентах.

Электрохимический эквивалент указывается в [г]/[А]*[ч]

Пример

При электролизе водного раствора АgNO3 с нерастворимым анодом в течение t=50 мин. при силе тока в I = 3,0 А на катоде выделилось m_f = 9,6 г серебра. Вычислить выход по току.

Решение: Заряд пропущенный через электролит равен:

$Q=I*t$

Теоретический массоперенос для произвольного иона равен:

$m_t=\mu*\frac{Q}{n*\bar{e}*N_a}=\mu*\frac{I*t}{n*F}$,

где

• ионы серебра в растворе нитрата серебра имеют заряд n = +1;
• молярная масса серебра μ = 107,868 г/моль;
• Число Авогадро - N_a;
• Число Фарадея - F=96500[Кл].

Подставляя полученные формулы в выражение для выхода по току получим:

$B_{m}=\frac{m_{f}}{m_{t}}*100%= \frac{m_{f}}{\mu*\frac{I*t}{n*F}}*100%=\frac{m_{f}*n*F}{\mu*I*t}*100%$

Приведя заданные значений к одной системе размерностей проведем вычисление:

$B_{m}=\frac{9,6\left [ g \right ]*1*96500\left [ C \right ]}{107,87\left [ \frac{g}{mol} \right ]*3\left [ A \right ]*(50\left [ min \right ]*60\left [ \frac{s}{min} \right ])}*100%=95,42%$

Для улучшения этой статьи желательно?: Викифицировать статью. Добавить иллюстрации. Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Проставить интервики в рамках проекта Интервики. Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.