Faradayn tuotto

Faraday tehokkuus ( r f ) (tai Coulombin tehokkuus ) on suhde määrää tuotetun kaasun ja kaasun määrä teoreettisesti tuotettu aikana elektrolyysin .

Elektrolyysin periaate

Elektrolyysin avulla vetyä molekyyli jakautuu kahteen H + ioneja ja kaksi e - elektroneja kosketuksesta anodi . Elektronit virtaavat anodista katodiin luoden sähkövirran . Anodi sallii hapettumisen (elektronihäviö), terminaali +; katodi mahdollistaa pelkistyksen (elektronien vahvistus), terminaalin -. Sitten H + -ionit kulkevat elektrolyytin läpi (materiaali, joka estää elektronien kulun) ja yhdistyvät uudelleen kaksi kerrallaan kahden elektronin ja ilmasta tulevan happiatomin kanssa. Tämä reaktio tapahtuu katodissa.

Reaktio anodille (hapetus):

H 2 → 2H + + 2e -

Katodireaktio (pelkistys):

4H + + O 2+ 4 - → 2H 2 O

Reaktio esiintyy myös veden hajottamiseksi :

Reaktio anodille:

2 (H 2 O) l → O 2g + 4H + vesipitoisuus + 4. -

Reaktio katodilla:

4 (H 2 O) L + 4e - → 2 (H 2 ), g + 4 (OH - ) aq

Teoreettisen tilavuuden laskeminen

Tämän hyötysuhteen määrittämiseksi on mitattava tuotetun vedyn tilavuus ja tämän energian tuottamiseen käytetty sähköenergia.

Käytämme seuraavaa kaavaa: PV = n R T

kanssa:

V : teoreettisesti tuotetun kaasun tilavuus m 3 ;
n : lukumäärä moolia ja H 2 luotu;
P : ympäröivä paine : 1,013 x 10 5 Pa ;
R : ihanteellisten kaasujen yleinen vakio : 8,314 J · mol -1 · K -1 ;
T : ympäristön lämpötila K: na .

Tämän kaavan avulla voidaan laskea H 2: n tilavuus , tähän käytämme Faradayn vakiota ( F ): n = I t / F , jossa n on reaktioaikana tuotettujen elektronimoolien määrä, yhtä suuri kuin kuormat tuotettu yhteensä ( intensiteetti virta I kerrottuna kesto t ) jaettuna kokonaisvaraus yksi mooli elementary maksuja , F .

Tuottaa H 2 -molekyyli , kaksi elektronia ovat mukana, koska kaksi H + -ionit mukana; moolimäärä H 2 on yhtä suuri: n = I · t / (2 F ).

Joten tuotetun kaasun määrä on arvoltaan: V = R · T · I · t / (2 P · F ).

Faradayn tuotto

Faradayn hyötysuhde on: r f = V todellinen / V teoreettinen

kanssa:

Real V : todellinen äänenvoimakkuus;
Teoreettinen V : laskettu tilavuus.

Voimme myös laskea tuotetun materiaalin massan ja teoreettisen materiaalin massan suhteen elektrolyysiä varten.

Energiatehokkuus

Faradayn hyötysuhteen avulla voimme laskea energiatehokkuuden ( r W ) kaavalla: r W = W th / W r

kanssa:

teoreettinen sähköenergia, W th = r f · E th · I · t , missä E th on teoreettisen sähköjännitteen ero ;
todellinen sähköenergia, joka tarvitaan tietyn määrän lajien tuottamiseksi tai kuluttamiseksi elektrolyysillä, W r = E r · I · t , missä E r on kahden jännitteen ero sähköjännitteessä.

Joko täydellinen kaava: r W = r f · E th · I · t / E r · I · t

siksi :

{\ displaystyle r_ {W} = {\ frac {r _ {\ text {f}} E _ {\ text {th}}} {E _ {\ text {r}}}}}

, missä on Faradayn tuotto.

{\ displaystyle r _ {\ text {f}}}

Lähteet