Выход по току

Выходом по току в гальванотехнике называют выраженное в процентах или долях единицы отношение количества теоретически необходимого Шаблон:Math заряда к фактически пропущенному Шаблон:Math через межфазную границу электрод-электролит для осуществления фактически наблюдаемого окисления или восстановления вещества Шаблон:Math.

$B_Q=\frac{Q_t}{Q_f}\cdot 100\mathrm{\%}.$

Иногда выход по току рассчитывается как отношение массы фактически прореагировавшего вещества Шаблон:Math к теоретическому массопереносу Шаблон:Math, рассчитанному по 1-му закону Фарадея:

$B_m=\frac{m_f}{m_t}\cdot 100\mathrm{\%}$

Свойства

Выход по току указывает на кажущиеся отклонения от закона Фарадея. При электролизе может выделиться или раствориться как больше, так и меньше вещества, чем должно получиться по законам Фарадея. Различают катодный и анодный выходы по току. При катодном процессе чаще наблюдается выход по току меньше единицы из-за побочных реакций (взаимодействия образовавшихся при электролизе веществ с компонентами электролита, выделения наряду с металлом на катоде водорода), однако при наличии в электролите ионов разной валентности,выход по току, рассчитанный без учета ионов низшей валентности, может оказаться больше единицы. Выход по току больше единицы часто наблюдается при анодном растворении металлов, когда наряду с электрохимическим, происходит химическое растворение металла. При электролизе электрическая энергия тратится на преодоление сопротивления электролита, но это никак не отражается на показателе "выход по току". Для экономической оценки процесса электролиза кроме выхода по току, вводят такое понятие, как и расход энергии, величина которого, кроме выхода по току, зависит от напряжения на ванне.

Выход по току связан с электрохимическим эквивалентом.

Электрохимический эквивалент

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

$EA=\frac{m_f}{Q_f}=\frac{m_f}{\underset{0}{\overset{t}{\int }}{I}_f(t)dt},$

где

Шаблон:Math — масса фактически осаждённого или растворённого материала электрода;

Шаблон:Math — фактически пропущенный заряд, определяемый как интеграл пропускаемого через электролит тока по времени.

Единицы измерения

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

При электролизе водного раствора АgNO₃ с нерастворимым анодом в течение Шаблон:Math = 50 мин. при силе тока в Шаблон:Math = 3,0 А на катоде выделилось Шаблон:Math = 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

• Шаблон:Math — элементарный заряд;
• Шаблон:Math — заряд иона в единицах Шаблон:Math (ионы серебра в растворе нитрата серебра имеют заряд Шаблон:Math = +1);
• Шаблон:Math — молярная масса (для серебра Шаблон:Math = 107,868 г/моль);
• Шаблон:Math — число Авогадро;
• Шаблон:Math ≈ 96500 Кл/моль — число Фарадея.

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

$B_m=\frac{m_f}{m_t}\cdot 100\mathrm{\%}=\frac{m_f}{\mu \cdot \frac{I\cdot t}{n\cdot F}}\cdot 100\mathrm{\%}=\frac{m_f\cdot n\cdot F}{\mu \cdot I\cdot t}\cdot 100\mathrm{\%}.$

Приведя заданные значения к одной системе размерностей, проведём вычисление:

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

Литература

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