Question

Нікелювання металевого виробу з поверхнею 120 см2 відбувалося при силі струму 0,3 A.На виробі виділився шар нікелю товщиною 15,5 мкм. Скільки часу тривало нікелювання виробу?

Answer 1

Час нікелювання можна визначити за допомогою закону Фарадея, який визначає зв'язок між кількістю речовини, що виділяється або поглиблюється під час електролізу, та електричним зарядом.

Закон Фарадея виглядає наступним чином:

\[Q = I \cdot t \cdot n \cdot F,\]

де: - \(Q\) - кількість електричного заряду, що пройшов через електроліт (в кулонах), - \(I\) - сила струму (в амперах), - \(t\) - час електролізу (в секундах), - \(n\) - кількість електронів, які передаються за одну молекулу речовини (моль електронів на молекулу), - \(F\) - Фарадейська константа, яка визначає кількість електронів у молі (близько \(96485 \ \text{Кл/моль}\)).

Масу металу, що видаляється (або відкладається) під час електролізу, можна знайти за допомогою закону Фарадея:

\[m = \frac{Q \cdot M}{n \cdot F},\]

де: - \(m\) - маса металу (в кількості речовини), - \(Q\) - кількість електричного заряду (в кулонах), - \(M\) - маса молекули металу (в грамах/моль), - \(n\) - кількість електронів, які передаються за одну молекулу речовини (моль електронів на молекулу), - \(F\) - Фарадейська константа.

Для нікелю визначимо масу молекули (M): маса нікелю приблизно 58,69 г/моль.

\[M = 58,69 \ \text{г/моль}.\]

Також, потрібно визначити кількість електронів, які передаються за одну молекулу нікелю. Нікель утворює іон Ni\(^{2+}\), тобто два електрони передаються за одну молекулу.

\[n = 2.\]

Тепер ми можемо визначити масу металу, що відкладається, використовуючи вираз для маси з вище:

\[m = \frac{Q \cdot M}{n \cdot F}.\]

Зауважте, що маса металу, яка відкладається, рівна масі нікелю, який утворює шар на поверхні виробу.

Тепер ми можемо визначити час електролізу, використовуючи закон Фарадея:

\[t = \frac{m \cdot n \cdot F}{Q \cdot M}.\]

Підставте відомі значення та розрахуйте час. Врахуйте, що сила струму \(I\) дорівнює 0,3 A, і площа поверхні \(S\) дорівнює 120 см² (або 0,012 м²).

\[Q = I \cdot t = 0,3 \ \text{A} \cdot t.\]

Також, \(Q = I \cdot t \cdot S \cdot \rho\), де \(\rho\) - густина струму, яка дорівнює товщині шару нікелю, що утворюється, поділеній на час електролізу.

\[Q = I \cdot t \cdot S \cdot \rho = 0,3 \ \text{A} \cdot t \cdot 0,012 \ \text{м}^2 \cdot 15,5 \times 10^{-6} \ \text{м}.\]

Підставте це значення в рівняння для часу електролізу та розрахуйте час.