Faraday elektrolízis-törvényei

Michael Faraday, by Thomas Phillips c1841-1842

Faraday elektrolízis-törvényei mennyiségi összefüggések, amelyek Michael Faraday 1834-ben publikált elektrokémiai kutatásain alapulnak.

A törvények ismertetése

A törvényeknek különböző változatait megtalálhatjuk könyvekben és tudományos folyóiratokban. A legáltalánosabb szövegezések talán az alábbiak:

Faraday első elektrolízis-törvénye: Az elektrolízis során az elektródokon képződő anyag tömege (m) arányos az áthaladó elektromos töltésmennyiséggel (Q). Az elektromos töltésmennyiséget általában coulomb-ban szokás megadni, és nem azonos az elektromos árammal.

Faraday második elektrolízis-törvénye: Adott elektromos töltésmennyiséggel elektrolizált anyag mennyisége arányos az anyag kémiai egyenértéksúlyával. Más szavakkal: azonos töltésmennyiség különböző elektrolitokból kémiailag egyenértékű anyagmennyiséget választ ki.

Matematikai formulák

Faraday két törvénye összefoglalható egyetlen képlettel:

$m \ = \ ({ Q \over F })({ M \over z })$

ahol

$m$ az elektrolízis során képződő anyag mennyisége

$Q$ az elektromos töltésmennyiség

$F$ = 96 485 C/mol^-1 a Faraday-állandó

$M$ az anyag moláris tömege

$z$ az oxidációsszám változása

Megjegyzés: $M / z$ az anyag kémiai egyenértéksúlya.

Faraday első törtvényében az $M$, az $F$ és $z$ konstansok, tehát minél nagyobb a $Q$ értéke, annál több anyag fog képződni ($m$).

Faraday második törvényében a $Q$, az $F$ és $z$ konstansok, tehát minél nagyobb az $M / z$ (kémiai egyenértéksúly), annál több anyag fog képződni ($m$).

Egyenáramú elektrolízis esetén $Q = I t$, amelyből következik, hogy

$m \ = \ ({ I t\over F })({ M \over z })$

amelyből következi, hogy

$n \ = \ ({ I t\over F })({ 1 \over z })$

ahol

$n$ a képződő anyagmennyiség mólban kifejezve: $n = m / M$

$t$ a teljes idő, ameddig az egyenáramot alkalmaztuk.

A bonyolultabb, változó elektromos áram esetén az elektromos töltésmennyiség ($Q$) az elektromos áram ($I(\tau)$) idő ($\tau$) szerinti integrálja:

$Q = \int_0^t I(\tau) \ d \tau$

Ahol $t$ az elektrolízis teljes ideje. Megjegyzés: a zárójel az $I$($\tau$) képletben nem szorzást jelent, hanem az áram az egy idő ($\tau$) szerinti függvény.

További információk

• Serway, Moses, and Moyer, Modern Physics, third edition (2005).

Kapcsolódó oldalak

• Michael Faraday

Forrás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Faraday's laws of electrolysis című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.