§ 77. Определение заряда одновалентного иона

Закон Фарадея для электролиза дает возможность определить величину заряда электрона. Выясним, как это можно сделать В ионе одновалентного элемента или недостает одного электрона (ион положительный), или имеется на один электрон больше (ион отрицательный). Поэтому отрицательный заряд одновалентного иона равен заряду электрона, а положительного иона - заряду протона. Определив величину заряда одновалентного иона, мы тем самым найдем величину заряда электрона и протона.

При вычислении величины заряда одновалентного иона в качестве единицы, выделившейся при электролизе массы, берут килограмм-эквивалент^* массы, который у всех одновалентных элементов содержит одинаковое число атомов, равное числу Авогадро: N_A = 6,02*10²⁶ атомов. В килограмм-эквиваленте двухвалентного вещества атомов в два раза меньше, трехвалентного - в три раза меньше и т. д. Подсчитав величину заряда всех ионов, составляющих 1 кг-экв вещества, и разделив на число ионов в 1 кг-экв одновалентного вещества, мы определим величину заряда одновалентного иона.

^* (Килограмм-эквивалентом вещества называется число килограммов вещества, равное его химическому эквиваленту.)

Допустим, что при электролизе какого-либо вещества выделилась его масса m, равная 1 кг-экв: Тогда формула закона Фарадея запишется так:

Отсюда величина заряда всех ионов, составляющих 1 кг-экв любого вещества, будет

Следовательно, для выделения 1 кг-экв любого вещества при электролизе необходимо, чтобы к электроду подошло и нейтрализовалось количество ионов с общим зарядом F = 9,6514*10⁷ кг. Это число называется числом Фарадея. Сказанное можно записать так: F = 9,6514*10^7к/_кг-экв. Килограмм-эквивалент водорода равен 1,008 кг, алюминия - 8,99 кг. При выделении электролизом 1,008 кг водорода и 8,99 кг алюминия ионы как водорода, так и алюминия, подойдя к электродам и нейтрализуясь, отдают им общий заряд по 9,6514*10⁷ к.

Так как при электролизе одновалентного элемента 6,02*10²⁶ ионов переносят к электроду заряд в 9,6514*10⁷ к, то заряд е одновалентного иона будет

Следовательно, величина заряда электрона е = - 1,6021*10^-19 заряда протона е = + 1,6021*10^-19 к.

Общий заряд ионов 1 кг-экв вещества любой валентности одинаков и равен F. Число же ионов в 1 кг-экв двухвалентного вещества в 2 раза меньше, чем у одновалентного (^N_A/₂), а в 1 кг-экв трехвалентного вещества в 3 раза меньше, чем у одновалентного (^N_A/₂) и т. д. Поэтому заряд двухвалентного иона

а трехвалентного - 3е и т. д. Полученный результат показывает, что заряды ионов кратны между собой и что дробной части заряда электрона не наблюдается. Из этого было сделано заключение, что заряд любого тела состоит из наименьших порций зарядов, равных +е, носителями которых являются заряженные элементарные частицы: электрон, протон, позитрон.