Faradėjaus elektrolizės dėsniai

Faradėjaus elektrolizės dėsniai – kiekybiniai ryšiai, pagrįsti Maiklo Faradėjaus 1834 m. paskelbtais elektrocheminiais tyrimais. Jie susieja elektrocheminės reakcijos metu ant elektrodo susidariusios medžiagos kiekį su visu pripildytu krūviu arba, atitinkamai, vidutine elektros srove ir bendru laiku.

Dėsniai

Vadovėliuose bei mokslinėje literatūroje gali būti pateikiamos kelios Faradėjaus elektrolizės dėsnių versijos. Apibendrintai jie formuluojami:

• I Faradėjaus elektrolizės dėsnis: elektrolizės metu ant elektrodo išsiskyrusios medžiagos kiekis yra tiesiogiai proporcingas elektros kiekiui, perduotam į elektrodą. Elektros kiekiu laikomas elektros krūvis, paprastai matuojamas kulonais.
• II Faradėjaus elektrolizės dėsnis: duotam elektros kiekiui (elektros krūviui) masė cheminio elemento, išsiskyrusio ant elektrodo, tiesiogiai proporcinga ekvivalentinei elemento masei. Medžiagos ekvivalentinė masė yra jo molinė masė, padalinta iš skaičiaus, priklausomo nuo cheminės reakcijos, kurioje medžiaga dalyvauja.

Matematinė išraiška

Faradėjaus dėsnius galima apibendrinti formule:

$m=\frac{QM}{Fz}$

kur:

• m – medžiagos, išsiskyrusios ant elektrodo, masė gramais
• Q – visas elektros krūvis, praėjęs per medžiagą, matuojamas kulonais
• F = 96485,33289(59) C mol⁻¹ yra Faradėjaus skaičius
• M - medžiagos molio masė gramais viename molyje
• z – medžiagos jonų valentingumo skaičius (elektronų skaičius vienam jonui)

Pažymėtina, kad M/z yra toks pat, kaip ir išsiskyrusios medžiagos ekvivalentinis svoris.

Pirmajame Faradėjaus dėsnyje M , F ir z yra konstantos, tad kuo didesnis Q, tuo didesnė m reikšmė.

Antrajame Faradėjaus dėsnyje Q , F ir z yra konstantos, tad kuo didesnė M/z (ekvivalentinio svorio) vertė, tuo didesnis m.

Paprasčiausiu nuolatinės srovės elektrolizės atveju iš $Q=It$ seka:

$m=\frac{ItM}{Fz}$

ir po to:

$n=\frac{It}{Fz}$

kur:

• n yra išsiskyrusios medžiagos kiekis („molių skaičius“): n = m/M
• t yra nuolatinės elektros srovės veikimo laikas

Sudėtingesniu kintamosios srovės atveju elektros srovės I($\tau$) pilnas krūvis Q sumuojamas per laiką $\tau$:

$Q=\underset{0}{\overset{t}{\int }}I(\tau )d\tau$

kur t – visas elektrolizės laikas; $\tau$ naudojamas kaip kintamoji, srovė I yra $\tau$ funkcija.