Elektrolisiaren Faradayren legeak

Ez dira nahastu behar indukzio elektromagnetikoari buruzko Faradayren legearekin, normalean "Faradayren legea"izenez ezagutzen dena.

Michael Faraday .

Elektrolisiaren Faraday-ren legeak Michael Faraday- k 1833an argitaratutako ikerketa elektrokimikoetan oinarritutako erlazio kuantitatiboak dira.

Testuliburuetan eta literatura zientifikoan lege hauen enuntziatuen zenbait bertsio aurki daitezke. Hemen, gehien erabiltzen direnak agertzen dira.

Lehenengo legea

Elektrolisian, elektrodo batean depositatutako substantzia baten masa m, elektrodora transferitutako Q karga elektrikoarekiko proportzionala da.

$m\propto Q$

m/Q proportzionaltasun konstanteari substantziaren baliokide elektrokimikoa esaten zaio. Hots, elementu baten baliokide elektrokimikoa karga unitateko transferitutako elementuelementu horren masa da.

Hona hemen elektrodoetan ematen diren prozesuen adibideak:

Prozesua	Depositutako masa	Behar den elektroi kopurua	Elektrodora transferitutako karga elektrikoa
Na+(aq)+1e- →Na(s)	mol bat Na	mol bat elektroi	1F≈96500C
Mg2+(aq)+2e- →Mg(s)	mol bat Mg	bi mol elektroi	2xF≈3x96500C
Al3+(aq)+3e- →Al(s)	mol bat Al	hiru mol elektroi	3xF≈2x96500C

Ioi monobalenteak deskarga egiteko elektroi 1 behar du, ioi dibalenteak deskarga egiteko 2 elektroi eta abar.

Faraday-ren konstantea, F, elektroi mol baten karga da: F= (6.023x10²³e^-/mol)(1.6x10^-19C/e^-)= 96485 C mol⁻¹≈96500 C/mol.

Bigarren legea

Karga elektriko kopuru jakin batek elektrodoetan askatutako / metatutako substantziaren masa substantzia horren masa baliokidearekiko zuzenki proportzionala da.

Substantzia baten masa baliokidea bere masa molarra zenbaki oso batez zatitzen lortzen da. Zenbaki hori materialean gertatzen den erreakzioaren menpean dago. Zenbaki honek erredukzio/oxidazio erreakzioan jokoan jarritako elektroi mol kopurua adierazten du.(Balentzia)

Forma matematikoa

Esandakoaren arabera Faradayren legeak honela idatz daitezke matematikoki

:$m={\frac {Q}{F}}\cdot {\frac {M}{z}}$

nonm: elektrodoan askatutako / metatutako substantziaren masa.

Q: elektrodora transferitutako karga elektriko osoa.

F: Faraday-ren konstantea.

m/M: substantziaren masa molar.

z: substantziaren ioien balentzia.

Kontuan hartu ${\frac {M}{z}}$substantziaren baliokide kimikoa dela.

Faradayren lehen legearen kasuan $M$, $F$, eta z konstanteak dira; beraz, m balioa $Q$-rekiko zuzenki proportzionala da.

Faradayren bigarren legearen kasuan, $Q$, $F$, eta z konstanteak dira; beraz, m balioa ${\frac {M}{z}}$masa baliokidearekiko zuzenki proportzionala da.

Elektrolisia, I intentsitateko korronte jarraitu eta konstante baten pean gertatzen bada t denboran zehar, orduan $Q=It$ da.

Ondorioz,

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

Eta hemendik kalkulatu daiteke prozesuan lortutako substantzi kantitatea; hots, substantziaren mol kopurua (n=m/M):

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

Korronte elektriko aldakor baten kasuan aldiuneko intentsitate erabili behar da: $i(t)={dq \over dt}$

Q, karga osoa, intentsitatearen integrala izango da :

$Q=\int _{t_{h}}^{t_{b}}i(t)\,dt$$Q=\int _{t_{h}}^{t_{b}}i(t)\,dt$

Hemen t_h hasierako denbora da eta t_b bukaerakoa.

Bibliografia

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

Ikus, gainera

• Elektrolisi
• Faradayren indukzio legea
• Tafel ekuazioa

Kanpo estekak

• Experiment with Faraday's laws
• Faradayren cage: zer da eta nola funtzionatzen du?

• Datuak: Q220609