Выход по току

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах отношение количества фактически пропущенного через электролит заряда Qf к теоретически необходимому Qt для осуществления фактически наблюдаемого массопереноса mf.

B_{Q}=\frac{Q_{f}}{Q_{t}}\cdot 100%.

Иногда выход по току рассчитывается как отношение массы при фактическом массопереносе mf к теоретическому массопереносу mt, рассчитанному по 1-му закону Фарадея:

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

Свойства[править | править вики-текст]

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.

При электролизе всегда выделяется или растворяется меньше вещества, чем должно получиться по законам Фарадея. Это объясняется тем, что наряду с основными электродными процессами окисления и восстановления практически всегда протекают побочные реакции (взаимодействие образовавшихся при электролизе веществ с электролитом, выделение наряду с металлом на катоде водорода и др.). Кроме того, часть электрической энергии тратится на преодоление сопротивления электролита, то есть на нагрев электролита и электродов. Поэтому для экономической оценки процесса электролиза вводят такие понятия, как выход по току и расход энергии на получение единицы веса осадка.

Выход по току связан с электрохимическим эквивалентом.

Электрохимический эквивалент[править | править вики-текст]

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

mf — масса фактически осаждённого или растворённого материала электрода;
Qf — фактически пропущенный заряд, определяемый как интеграл пропускаемого через электролит тока по времени.

Единицы измерения[править | править вики-текст]

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

Электрохимический эквивалент в СИ измеряется в кг/Кл, но часто указывается в г/(А·ч).

Пример[править | править вики-текст]

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

Решение:

Заряд, пропущенный через электролит, равен: Q=I\cdot t. Теоретический массоперенос для произвольного иона равен:

m_t=\mu\cdot \frac{Q}{n\cdot e\cdot N_A}=\mu\cdot \frac{I\cdot t}{n\cdot F},

где

  • e — элементарный заряд;
  • n — заряд иона в единицах e (ионы серебра в растворе нитрата серебра имеют заряд n = +1);
  • μ — молярная масса (для серебра μ = 107,868 г/моль);
  • NA — число Авогадро;
  • F = eNA ≈ 96500 Кл — число Фарадея.

Подставляя полученные формулы в выражение для выхода по току, получим:

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

Приведя заданные значения к одной системе размерностей, проведём вычисление:

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

Литература[править | править вики-текст]

  1. «Инженерная гальванотехника в приборостроении» под ред А. М. Гинберга, М., 1977.
  2. Вячеславов П. М. Волянюк Г. А. «Электролитическое формование», Л., 1979.