法拉第电解定律

科學家米高·法拉第（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 Template:Math ；從銅(II)離子 Cu²⁺ 所得的銅金屬，則有當量重量 Template:Math。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^{Template:Math}(aq) 進行電解：

X^{Template:Math}(aq) + Template:Math e^{Template:Math} → X(s) ，

根據法拉第電解定律，若使用電量 Template:Math 進行電解，則可得生成質量 Template:Math

$M\propto Q\cdot \frac{M_{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}}{z}$ 。

使用摩爾質量的公式 $n=\frac{M}{M_{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}}$ ，可以簡略寫成

$n\propto \frac{Q}{z}$ ，

其中 Template:Math 是生成物質的摩爾數。

數學證明

首先定義法拉第常數 Template:Math ，作為一摩爾電子的電量。從實驗量度得知，法拉第常數 Template:Math 。

從化學方程式可知，生成一摩爾的物質，需要 Template:Math 摩爾的電子，即 Template:Math 的電量。

因此，生成 Template:Math 摩爾的物質，需要 Template:Math 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：

• Template:Math = 生成物質的摩爾數 [mol]；
• Template:Math = 總電量 [C]；
• Template:Math = 生成物的電子轉移數量；
• Template:Math = 法拉第常數 Template:Math [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：

• Template:Math = 電流 [A]；
• Template:Math = 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：

$n=\frac{1}{zF}\underset{0}{\overset{t}{\int }}I(\tau )d\tau$。

其中：

• Template:Math = 時間變數 [s]；
• Template:Math = 電流隨時間 Template:Math 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