Πόσα ηλεκτρόνια θα απαιτούνται για την κατάθεση 6.35grams χαλκού στην κάθοδο κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης ένα υδατικό θειικό διάλυμα;
Ο νόμος του Faraday δηλώνει ότι η ποσότητα ουσίας που κατατίθεται σε ηλεκτρόδιο κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης είναι άμεσα ανάλογη με την ποσότητα φορτίου που διέρχεται από το ηλεκτρόδιο. Το ποσό του φορτίου καθορίζεται από τον αριθμό των μεταφερόμενων ηλεκτρονίων.
Ο τύπος για το νόμο του Faraday είναι:
$$ m =\ frac {mit} {nf} $$
όπου:
- m είναι η μάζα της ουσίας που έχει κατατεθεί (σε γραμμάρια)
- m είναι η μοριακή μάζα της ουσίας (σε γραμμάρια ανά mole)
- I είναι το ρεύμα (σε αμπέρ)
- T είναι ο χρόνος (σε δευτερόλεπτα)
- n είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που μεταφέρονται ανά άτομο ή μόριο της ουσίας
- Το F είναι η σταθερά του Faraday (96.485 Coulombs ανά mole)
Στην περίπτωση του χαλκού, η μοριακή μάζα είναι 63,55 γραμμάρια ανά γραμμομόριο και κάθε άτομο χαλκού απαιτεί την εναπόθεση δύο ηλεκτρονίων.
Αντικαθιστώντας τις δεδομένες τιμές στον τύπο, παίρνουμε:
$$ 6.35 g =\ frac {63.55 g/mol \ times i \ times t} {2mol \ times 96.485 c/mol} $$
Επίλυση για εγώ, παίρνουμε:
$$ i =\ frac {6.35 g \ times 2 mol \ times 96.485 c/mol} {63.55 g/mol \ times t} $$
Αυτή η εξίσωση μας δίνει το ρεύμα που απαιτείται για την κατάθεση 6,35 γραμμάρια χαλκού σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα. Ο αριθμός των απαιτούμενων ηλεκτρονίων μπορεί να υπολογιστεί πολλαπλασιάζοντας το ρεύμα μέχρι το χρόνο και διαιρώντας με τη σταθερά του Faraday:
$$ n =\ frac {i \ times t} {f} $$
Αντικαθιστώντας την υπολογιζόμενη τιμή του I, παίρνουμε:
$$ n =\ frac {(6.35 g \ φορές 2 mol \ times 96.485 c/mol)/(63,55 g/mol \ times t) \ times t} {96,485 c/mol} $$
Απλοποίηση, παίρνουμε:
$$ n =\ frac {6.35 g \ times 2 mol} {63.55 g/mol} $$
$$ n =0,2 mol $$
Ως εκ τούτου, θα απαιτούνται 0,2 γραμμομορείς ηλεκτρονίων για την κατάθεση 6,35 γραμμάρια χαλκού στην κάθοδο κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης ενός υδατικού διαλύματος θειικού χαλκού.
