Pobierz Napięcie powierzchniowe i więcej Ćwiczenia w PDF z Chemia tylko na Docsity! WYKŁAD 6 ZJAWISKA POWIERZCHNIOWE Napięcie powierzchniowe Podstawową wielkością, określającą wpływ wielkości powierzchni rozdziału faz na zmiany funkcji termodynamicznych, jest napięcie powierzchniowe σ (sigma). dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Napięcie powierzchniowe Definicje: 1. Napięcie powierzchniowe σ - jako praca potrzebna do powiększenia powierzchni cieczy lub ciała stałego o 1 m2 [J . m-2]. 2. Napięcie powierzchniowe - jako siła przypadającą na jednostkę długości. Wynika stąd inna jednostka napięcia powierzchniowego np. [N.m-1]. Obie jednostki są równoważnie i zgodne z układem SI. Napięcie powierzchniowe cieczy mierzone jest na granicy fazy ciekłej i powietrza nasyconego parą danej cieczy. dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH W trakcie przemian samorzutnych (przy T = const) układ dąży do zmniejszenia energii (entalpii). Tendencja do zmniejszenia energii (entalpii) powierzchniowej przejawia się niekiedy w przybieraniu kształtu kulistego przez swobodne krople cieczy, jeżeli dana ciecz nie zwilża podłoża, a także tworzenia się w tym przypadku menisku wypukłego w rurkach o małej średnicy. dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Napięcie powierzchniowe W tabeli podano wartości napięcia powierzchniowego niektórych cieczy w temperaturze 293 K ciecz Napięcie powierzchniowe [N/m.10-3] Woda Benzen Aceton Alkohol etylowy Czterochlorek węgla Nitrobenzen Rtęć 73 29 24 22 27 42 480 A. Staronka, Chemia fiizyczna, Wyd. AGH. Kraków 1994 dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Zależność napięcia powierzchniowego od temperatury W temperaturze krytycznej, kiedy zanika różnica pomiędzy cieczą a parą, uzyskuje wartość równą zeru. Zależność tę przedstawia się na ogół w postaci liniowej: gdzie: k – stała, σo – napięcie powierzchniowe w temperaturze topnienia dσ / dT = k σo + const dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Napięcie powierzchniowe czystych cieczy maleje ze wzrostem temperatury. Równanie Eötvösa Zależność napięcia powierzchniowego cieczy od temperatury dobrze opisuje równanie Eötvösa, które ma postać ogólną (przy założeniu, że dla temperatury krytycznej Tk’ , σ = 0): czyli, gdy T rośnie to σc-g maleje! gdzie: k – stała, ma prawie jednakową wartość dla większości cieczy 2,1 mN m-1K-1; M/ρo – objętość molowa cieczy, ρo – gęstość cieczy. przy czym można przyjąć, że: gdzie: T top – temperatura topnienia. σc-g . ( M/ρo ) 2/3 = k ( Tk - T ) Tk ≈ 6,6 Ttop dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH jeżeli Θ > 90o, to cosΘ > 0 i σ AC < σ BC siły przyciągania atomów (lub cząsteczek) A przez atomy (lub cząsteczki) C nie są takie silne, jak siły przyciągania pomiędzy atomami (cząsteczkami) A i ciecz nie zwilża ciała stałego jeżeli Θ < 90o, to cosΘ < 0 i σ AC > σ BC pomiędzy atomami (cząsteczkami) A i C istnieją stosunkowo duże siły przyciągania i ciecz zwilża ciało stałe Kąt zwilżania ciecz (A) gaz (B) ciało stałe (C) σc-g σs-g σs-c Θ ciecz (A) gaz (B) ciało stałe (C) σc-g σs-g σs-c Θ dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Zwilżalność 1. gdy Θ > 90o, oznacza to, że siły przyciągania atomów (lub cząsteczek) A przez atomy (lub cząsteczki) C nie są takie silne, jak siły przyciągania pomiędzy atomami (cząsteczkami) A i ciecz nie zwilża ciała stałego. 2. gdy Θ < 90o, to w tym przypadku pomiędzy atomami (cząsteczkami) A i C istnieją stosunkowo duże siły przyciągania i ciecz zwilża ciało stałe. 3. gdy Θ =0o, ciecz rozlewa się całkowicie po powierzchni ciała stałego (przypadek całkowitego zwilżania), 4. gdy Θ = 180o, to brak jest jakichkolwiek sił przyciągania pomiędzy cieczą i ciałem stałym – przypadek braku zwilżania (tych dwóch przypadków w praktyce się nie spotyka). dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Spoiwo odlewnicze / podłoże spoiwo / metal Θ > 90o, cosΘ > 0 i σ AC < σ BC spoiwo / krzem Θ < 90o, cosΘ < 0 i σ AC > σ BC spoiwo / papier Θ > 90o, cosΘ > 0 i σ AC < σ BC spoiwo / szkło Θ < 90o, cosΘ < 0 i σ AC > σ BC dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Zwilżalność tlenków przez ciekły metal Problem rozpatrywany w układach: 1. żużel-ciekły metal 2. wykładzina pieca – ciekły metal 3. forma odlewnicza – ciekły metal Rodzaj podkładki Al2O3 CaO MgO SiO2 MnO ZrO2 σFe [mN/m] 1662 1651 1648 1636 1639 1644 Wartości napięcia międzyfazowego czystego żelaza w temperaturze topnienia względem podkładek wykonanych z różnych tlenków Pojęcia: spoiwo żużel forma odlewnicza dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH A. Staronka, Chemia fiizyczna, Wyd. AGH. Kraków 1994 Zwilżalność tlenków przez ciekły metal Zwilżalność tlenków przez ciekłe metale zależy również od możliwości zajścia reakcji chemicznej pomiędzy ciekłym metalem a tlenkiem. UWAGA! Powinowactwo reakcji ciekłego metalu z tlenkiem. Jeśli powinowactwo chemiczne ciekłaego metalu do tlenu będzie niższe niż pierwiastka związanego w danym tlenku, to reakcja będzie zachodzić, ale z niewielką wydajnością, kąt zwilżania Θ > 90o. Przykładowo: Fe ma mniejsze powinowactwo chemiczne do Mn, Al i Ca, stąd ciekłe żelazo na tlenkach MnO, Al2O3 i CaO tworzy kąty zwilżania 140-145o. Fe ma większe powinowactwo do Si, stąd kąt zwilżania maleje na SiO2 i wynosi 126o. dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Zwilżalność tlenków przez ciekły metal • Penetracja metalu i żużla w głąb wyłożenia ogniotrwałego pieca; Przy wytapianiu stali żużel może penetrować w wyłożenie ogniotrwałe zasadowego pieca łukowego do głębokości 30-100 mm. Głębokość penetracji ciekłego metalu lub żużla w porowate materiały ogniotrwałe: l2 = r ⋅σ ⋅cosθ 2η t gdzie: σ - napięcie powierzchniowe penetrującej cieczy Θ - kąt zwilżania r - promień porów η - współczynnik lepkości cieczy. co to jest żużel ? dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Proces zalewania ciekłym metalem ! sporządzanie form odlewniczych zabiegi sferoidyzacji i modyfikacji metodą dzwonową, zaprawa: Fe-Si-Mg (6% Mg), modyfikator: Foundrysil w ilości 0.5 % wag. materiał wsadowy: Sorelmetal, krzem cz.tech, Fe-Mn, złom stalowy temperatura zalewania ok. 1400°C żeliwo sferoidalne: C – 3,71%; Si – 2,69%; Mn – 0,44%; P - 0,05%; S – 0,010%; Cr – 0,04%; Mg – 0,042%; Cu – 0,02% ODLEW dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH co to jest żeliwo ? Zwilżalność tlenków przez ciekły metal Penetracja metalu i żużla w głąb formy odlewniczej; Reakcje zachodzące pomiędzy materiałem formy odlewniczej a ciekłym metalem na granicy metal - forma Konsekwencja: WADY ODLEWÓW niedokładności wymiarowe, chropowatość powierzchni, nadtopienie ziarn piasku na odlewach. forma odlewnicza ciekły metal Penetracja mechaniczna Występuje, gdy ciśnienie ciekłego metalu jest na tyle wysokie, aby wepchnąć ten metal w głąb szczelin występujących na powierzchni formy pomiędzy ziarnami osnowy. Penetrację potęguje: • Wysoka temperatura zalewania metalu; • Wysokie ciśnienie metalostatyczne; • Gruboziarnisty piasek; • Mała gęstość formy. Przeciwdziałanie: • Zastosowanie mas formierskich o dużym stopniu zagęszczenia i o wysokiej wytrzymałości na gorąco; • Wykorzystanie jako składników masy materiałów bardziej odpornych termicznie (ogniotrwałych) np piasek oliwinowy; • Zastosowanie odpowiednich pokryć na formy i rdzenie; • Odtlenianie kąpieli metalowej. forma odlewnicza ciekły metal dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH • Napięcie międzyfazowe w układzie metal-żużel (σm-ż). • Wartość napięcia międzyfazowego metal-żużel (σm-ż) jest silnie związana z charakterem oddziaływań pomiędzy tymi dwoma fazami. • Zależy od składu chemicznego faz, ich struktury i temperatury. Napięcie międzyfazowe pomiędzy żużlem a ciekłym metalem dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH • Wartość σm-ż jest z reguły mniejsza niż najwyższa wartość napięcia powierzchniowego metalu lub żużla. • Napięcie międzyfazowe jest mniejsze jeśli stykające się fazy mają podobne właściwości fizykochemiczne. • Jeśli składnik żużla jest słabo lub praktycznie nierozpuszczalny w w ciekłaej stali, to napięcie międzyfazowe jest wysokie (> 1 N/m). Dodatek do żużla tlenków dość dobrze rozpuszczalnych w kąpieli metalowej np. FeO, MnO – następuje spadek wartości napięcia międzyfazowego (0,2-0,6 N/m). Napięcie międzyfazowe pomiędzy żużlem a ciekłym metalem dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Według Popiela wszystkie pierwiastki znajdujące się w ciekłej stali, które mogą wpływać na napięcie międzyfazowe σm-ż , można podzielić na: 1. grupa: C, W, Mo, Ni – mają nieznaczny wpływ na σm-ż i praktycznie nie przechodzą do żużla; 2. grupa: Si, Mn, Cr, P – mają stosunkowo niską aktywność powierzchniową w stali, ale mogą przechodzić do żużla tworząc odpowiednie tlenki; 3. grupa: S i O – mają bardzo dużą aktywność powierzchniową w metalu, obniżają napięcie międzyfazowe. Napięcie międzyfazowe pomiędzy żużlem a ciekłym metalem dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH co to jest staliwo ? Pracą kohezji (spójności) nazywa się pracę potrzebną do rozerwania słupa cieczy A o przekroju 1m2 w obecności fazy gazowej B i fazy stałej C. Praca kohezji σAB σAC σBC σAB σBC kohezja dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Praca adhezji kohezji a zwilżalność Można wykazać, że słuszne jest równanie określające związek między pracą adhezji LAC a kątem zwilżania Θ: oraz równanie na pracę kohezji, stanowiące konsekwencję równania powyższego: LAC = σAB (1 + cos Θ) LAC = 2 σAB dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Adsorpcja • Jeśli jakaś substancja występuje w większym stężeniu na powierzchni fazy ciekłej lub stałej aniżeli w całej jej masie, to mówimy, że substancja ta jest zaadsorbowana na powierzchni danej fazy. • Adsorbowane mogą być składniki fazy gazowej lub fazy ciekłej. • Od adsorpcji należy odróżnić absorpcję – pochłanianie jakiejś substancji przez całą objętość cieczy lub ciała stałego; np.: absorpcja CO2 w roztworze KOH. Substancja adsorbowana - ADSORBAT Faza adsorbująca – ADSORBENT woda gaz dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Adsorpcja fizyczna i chemiczna Fizyczna • siły mają charakter sił międzycząsteczkowych typu van der Waalsa • zachodzi najczęściej w temperaturach niskich, natomiast chemiczna raczej wysokich; toteż znane są przypadki, kiedy adsorpcja fizyczna przechodzi w wyższych temperaturach w adsorpcję chemiczną. Chemiczna • siły chemiczne • dla adsorpcji chemicznej charakterystyczne są duże efekty cieplne, takie jak dla zwykłych reakcji chemicznych. Zależnie od charakteru sił działających pomiędzy powierzchnią adsorbentu a cząsteczkami adsorbatu dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Sporządzanie masy formierskiej: w pierwszym kontakcie obu faz zachodzi oddziaływanie na drodze adsorpcji fizycznej, związanej z powstawaniem sił przyciągających, typu elektrostatycznego, czy też van der Waalsa. Istotną rolę odgrywa adsorpcja chemiczna, podczas której tworzą się trwałe wiązania chemiczne między spoiwem (adsorbat) , a osnową kwarcową (adsorbent). Adsorpcja fizyczna i chemiczna dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH O Si O Si O Si O O O O O O Si Si Si O OO O O O O O O Si O Si O O O O Si Si O O O O O Si O O Si O O O Si O Si O O O O Si Si O O O O H H H H H H H H Przykładowo: w oparciu o dane literaturowe można określić zmiany właściwości adsorpcyjnych silikażelu w pewnych przedziałach temperatury: • 100-200°C → następuje aktywacja żeli krzemionkowych; na powierzchni istnieje optymalne stężenie grup hydroksylowych OH; • 200-400°C → następuje dehydratacja i zanik większości aktywnych grup hydroksylowych OH; • powyżej 400°C → następuje dalsza dehydratacja, zmniejszenie powierzchni, utrata zdolności adsorbowania. Adsorpcja fizyczna i chemiczna dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Z. Sarbak, Adsorpcja i adsorbenty, Wyd. Nauk. Poznań 2000. adsorpcja Izotermy adsorpcji Ilość zaadsorbowanego gazu zależy od: 1. natury adsorbentu, 2. rodzaju adsorbenta, 3. wielkości powierzchni adsorbentu, 4. temperatury i ciśnienia gazowego adsorbatu. ciśnienie lic zb a gr am ów z aa ds or bo w an eg o ga zu na 1 g ra m a ds or be nt a Ze wzrostem ciśnienia oraz z obniżeniem temperatury wzrasta ilość gazu zaadsorbowanego, przypadająca na jednostkę masy adsorbenta. dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Zależność pomiędzy masą gazu zaadsorbowanego w stałej temperaturze gazu, a jego ciśnieniem określa empiryczne równanie izotermy adsorpcji podane przez Freundlicha: Stosowana bywa również analogiczna postać równania Freundlicha, odnosząca się do adsorpcji z roztworu (np.: kwasu octowego na węglu drzewnym): gdzie: c – odpowiadające równowadze stężenie adsorbatu. Izotermy adsorpcji wg Freundlicha y = k pn y = k cn gdzie: y – liczba gramów gazu zaadsorbowanego przez gram adsorbentu, p – ciśnienie odpowiadające równowadze adsorpcyjnej, k i n – stałe, zależne od temperatury. A. Staronka, Chemia fiizyczna, Wyd. AGH. Kraków 1994 dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Teoretyczne wyjaśnienie procesu adsorpcji fizycznej podał po raz pierwszy w 1916 roku Langmuir (czyt. langmir). Podstawowym założeniem teorii Langmuira jest przyjęcie powstawania w procesie adsorpcji monomolekularnej warstwy adsorbatu na powierzchni adsorbenta. Zakładając istnienie równowagi dynamicznej adsorpcji, obejmującej wyrównywanie się szybkości kondensacji adsorbatu na powierzchni adsorbenta oraz jego wyparowywanie z tej powierzchni, Langmuir wyprowadził następujące równanie, zwane równaniem izotermy Langmuira: Izotermy adsorpcji wg Langmuira y = ap / (1 + bp) gdzie: a i b – stałe zależne od rodzaju adsorbenta i adsorbatu oraz od temperatury, p – ciśnienie odpowiadające równowadze adsorpcyjnej, y – liczba gramów gazu zaadsorbowanego przez 1 gram adsorbenta. A. Staronka, Chemia fiizyczna, Wyd. AGH. Kraków 1994 dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH • Przy dostatecznie wysokich ciśnieniach ilość zaadsorbowanego gazu jest praktycznie niezależna od ciśnienia (cała powierzchnia adsorbenta jest pokryta monomolekularną warstwą adsorbatu). • Równanie Langmuira rzadko stosuje się w całym zakresie ciśnień, co jest prawdopodobnie wynikiem głównie niejednorodności powierzchni adsorbenta. Izotermy adsorpcji wg Langmuira dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Izotermy adsorpcji Rodzaje izoterm adsorpcji wg Brunaera Bardziej uniwersalna teoria: 1938 rok Brunaer, Emmett i Teller A. Staronka, Chemia fiizyczna, Wyd. AGH. Kraków 1994 Krzywa I - adsorpcja jednocząsteczkowa na powierzchni ciała stałego, Krzywe II-V – odpowiadają adsorpcji wielowarstwowej wielocząsteczkowej dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Adsorpcja na powierzchni cieczy • Obniżenie powierzchniowej entalpii swobodnej cieczy może nastąpić nie tylko przez zmniejszenie stosunku swobodnej powierzchni cieczy do jej objętości, ale również – w przypadku roztworów – przez odpowiednią zmianę składu warstwy powierzchniowej cieczy. • W związku z dążeniem układu ( przy T, p = const. ) do minimum entalpii swobodnej, której część składową stanowi powierzchniowa entalpia swobodna, występować będzie tendencja do gromadzenia się na powierzchni cieczy cząsteczek substancji rozpuszczonych, obniżających napięcie powierzchniowe roztworu (tzw. substancji powierzchniowo – aktywnych). W roztworach wodnych substancjami takimi są np. alkohol, mydło. dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Półogniwo pierwszego rodzaju W tym półogniwie mamy do czynienia z powstawaniem i reakcją kationu. Jest to elektroda metaliczna zanurzona w roztworze jonów tego metalu, np: Zn w ZnSO4(aq). Przykład: Zn → Zn2+ + 2e- Półogniwo drugiego rodzaju Elektroda zbudowana jest z metalu, pokrytego warstwą trudno rozpuszczalnej soli tego metalu i zanurzona w roztworze anionów tej soli. Przykład: półogniwo kalomelowe. Półogniwo redox Jest zbudowane z metalu szlachetnego na tyle, aby sam nie reagował. Wroztworze elektrolitu znajdują się dwa rodzaje jonów dango pierwastka na różnych stopniach utlenienia. Przykład: Pt|Sn2+, Sn4+ Pt |Fe2+, Fe3+ Półogniwo gazowe Jest zbudowane metalu na tyle szlachetnego, żeby sam nie reagował; płytka metalu zanurzona w roztworze nasyconym odpowiednim gazem i zawierającym odpowiednie jony – dla H2 będą to jony H+ a dla Cl2 jony Cl- . Rodzaje półogniw (elektrod) dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Rodzaje ogniw • Ogniwa galwaniczne • Ogniwo Volty’ego • Ogniwo Leclanchego • Ogniwo stężeniowe • Ogniwo paliwowe • Ogniwo redox • Akumulatory dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Ogniwa Daniella Reakcje elektrodowe: A (-) Zn → Zn2+ + 2e (reakcja utleniania) K (+) Cu2+ + 2e → Cu (reakcja redukcji) Schemat ogniwa: (-) Zn I Zn2+II Cu2+ I Cu (+) Reakcja chemiczna: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu Zn + Cu2+ + SO4 2- → Zn2+ + SO4 2- + Cu Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu 1836 rok dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Zn Cu Zn2+ (aq) (r-r ZnSO4) Cu2+ (aq) (r-r CuSO4) SEM ogniwa Siła elektromotoryczna: Równanie Nernsta SEM = EKatody - EAnody gdzie: Eo to potencjał standardowy półogniwa, R to stała gazowa, T - temperatura w kelwinach, F - stała Faradaya, n - liczba elektronów wymieniana w procesie połówkowym. Jeżeli proces zachodzi w temperaturze standardowej oraz przeliczy się logarytm naturalny na dziesiętny i uwzględni wszystkie stałe, to wzór ten można zapisać w postaci uproszczonej: dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Procesy zachodzące w elektrolizerze Procesy zachodzące w elektrolizerze Budowa elektrolizera Reakcje elektrodowe: Katoda (-) reakcja redukcji Anoda (+) reakcja utleniania Przyłożone zewnętrzne źródło prądu elektrycznego, wywołuje bieg reakcji elektrodowych, a więc jest to proces wymyszony! czyli ΔG > 0 Pt (C) K(-) Pt (C) A(+) r-r elektrolitu lub stopione: tlenki, wodorotlenki, sole Kt+ An- - + dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Przykłady procesu elektrolizy Przykład 1 Roztwór wodny CuCl2 Dysocjacja elektrolityczna: CuCl2 = Cu2+ + 2Cl- Proces redukcji : K(-) Cu2+ + 2e- → Cu Proces utleniania: A(+) 2Cl- → Cl2↑ + 2e- K(-) A(+) Cu2+ Cl- H+ OH- Cl2↑ Cu e- e- Cl- ↑e- ↑ e- e- ↓ ↓e- - + dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Przykłady procesu elektrolizy Przykład 2 Roztwór wodny Na2SO4 Przykład 3 Roztwór wodny HCl Dysocjacja elektrolityczna: Na2SO4 → Na+ + SO4 2- K(-) 4H+ + 4e- → 2H2↑ A(+) 4OH- → O2↑ + 2H2O + 4e- Dysocjacja elektrolityczna: HCl → H+ + Cl- K(-) H3O+ + 2e- → H2↑ + 2H2O A(+) 2Cl- → Cl2↑ + 2e- dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Przykłady procesu elektrolizy Z roztworu wodnego wydzielają się na katodzie na anodzie kwas solny HCl H2 Cl2 kwas siarkowy (VI) H2SO4 H2 O2 kwas azotowy (V) HNO3 H2 O2 kodorotlenek sodu NaOH H2 O2 chlorek ołowiu (II) PbCl2 Pb Cl2 siarczan (VI) niklu (II) NiSO4 Ni+H2 O2 chlorek sodu NaCl H2 Cl2 siarczan (VI) sodu Na2SO4 H2 O2 dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Prawa Faradaya Ilościowe podejście do procesu elektrolizy. Michael Faraday (1791-1867) Fizyk, chemik angielski, eksperymentator, Profesor Instytutu Królewskiego i Uniwersytetu w Oxfordzie, Członek Royal Society. 1. Odkrył również zjawisko samoindukcji, 2. Zbudował pierwszy model silnika elektrycznego 3. W 1825 roku odkrył benzen, wydzielił naftalen, heksachloroetan, koloidalne złoto. 4. Był też twórcą prostej metody skraplania gazów. 5. Przeprowadził pionierskie prace nad stalami stopowymi i szkłem optycznym. 6. Stwierdził katalityczne działanie światła w reakcjach chlorowców na węglowodory. 7. Odkrycia Faradaya z zakresu elektrodynamiki, w tym prawa Faradaya. dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH www.biografiasyvidas.com /biografia/f/faraday.htm Prawa Faradaya – I prawo masa substancji wydzielonej na katodzie lub anodzie jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu i czasu jego przepływu gdzie: m – masa substancji wydzielonej na elektrodach [g] q – ilość elektryczności [C] i – natężenie prądu [A] t – czas przepływu prądu [s] k – stała (współczynnik, równoważnik elektrochemiczny), czyli masa substancji wydzielonej przez jeden kulomb elektryczności [g/C] m = kq = kit dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH Prawa Faradaya – II Prawo gdzie: M – masa molowa jonu ulegającego elektrolizie [g] n – ładunek jonu (liczba moli elektronów „z”) F – stała Faradaya 96 500 kulombów [C] k = M/nF dr hab. Beata Grabowska – Katedra Inżynierii Procesów Odlewniczych, WO AGH