(1791-1867)。]]
法拉第電解定律(英語:Faraday's laws of electrolysis),是化學中的兩條定律,用於有關電解的化學計量。這定律由英國科學家米高·法拉第,在19世紀前半期通過大量實驗得出的經驗規律,並於1834年發表。法拉第電解定律適用於一切電極反應的氧化還原過程,是電化學反應中的基本定量定律。
法拉第電解第一定律
法拉第電解第一定律說明:
這裡的電量,指的是電荷的數量,現代物理常以庫侖 (C) 作為單位。在使用恒定電流時,電荷又與供電的時長成正比。換句話說,在恒定電流下,電解時間愈長,在電極生成的物質愈多,二者成正比。
法拉第電解第二定律
法拉第電解第二定律說明:
這裡的當量重量,是指該物質的摩爾質量,除以它接受或失去電子的數目。舉例來說,在銅離子溶液的電解實驗中,從銅(I)離子 Cu+ 所得的銅金屬,其當量重量是 ;從銅(II)離子 Cu2+ 所得的銅金屬,則有當量重量 。也就是說,若使用相同的電量,後者生成的銅金屬是前者的一半。
數學表示
對於某物質 X 的溶液 X(aq) 進行電解:
:X(aq) + e → X(s) ,
根據法拉第電解定律,若使用電量 進行電解,則可得生成質量
: M \propto Q \cdot \frac{M_\mathrm{mol}}{z} 。
使用摩爾質量的公式 n = \frac{M}{M_\mathrm{mol}} ,可以簡略寫成
: n \propto \frac{Q}{z} ,
其中 是生成物質的摩爾數。
數學證明
首先定義法拉第常數 ,作為一摩爾電子的電量。從實驗量度得知,法拉第常數 。
從化學方程式可知,生成一摩爾的物質,需要 摩爾的電子,即 的電量。
因此,生成 摩爾的物質,需要 的電量:
:Q=nzF。
整理可得
:n=\frac{Q}{zF}。
證畢。
計算公式
從上得知,法拉第電解定律可表示為
:n=\frac{Q}{zF},
其中:
- = 生成物質的摩爾數 [mol];
- = 總電量 [C];
- = 生成物的電子轉移數量;
- = 法拉第常數 [C mol−1]。
對於恒定電流的情況,使用電流公式 I = \frac{dQ}{dt} ,可以寫成
:n=\frac{It}{zF},
其中:
- = 電流 [A];
- = 電解時長 [s]。
若電流隨時間有所變化,則須以積分求得總電量作計算:
:n=\frac{1}{zF} \int_0^tI(\tau)d\tau。
其中:
- = 時間變數 [s];
- = 電流隨時間 變化的函數 [A]。
相關條目
- 化學計量
- 電解
- 法拉第常數
- 米高·法拉第
- 法拉第電磁感應定律,另一條以法拉第命名的物理學定律
參考文獻
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