Faradays erstes Gesetz der Elektrolyse
Dieses Gesetz besagt, dass die Masse einer Substanz, die sich während der Elektrolyse an einer Elektrode verändert, direkt proportional zur Menge der übertragenen Elektrizität ist. Die Beziehung wird durch die Formel [latex]m = \frac{Q}{F} \frac{M}{z}[/latex], wobei m die Masse, Q die gesamte elektrische Ladung, F die Faraday-Konstante, M die molare Masse und z die Wertigkeitszahl der Ionen des Stoffes ist.
Das erste Elektrolysegesetz von Faraday stellt eine quantitative Beziehung zwischen Elektrizität und chemischer Veränderung her. Es besagt, dass die Menge der chemischen Reaktion, die an einer Elektrode stattfindet, direkt proportional zu der elektrischen Ladung ist, die durch den Elektrolyten geleitet wird. Die Ladung, Q, ist das Produkt aus der Stromstärke (I) und der Zeit (t), also Q = It. Die Formel kann umgeschrieben werden in [latex]m = (\frac{M}{zF})It[/latex], was diese Abhängigkeit verdeutlicht.
In dieser Gleichung wird der Term [latex]\frac{M}{zF}[/latex] als das elektrochemische Äquivalent der Substanz bezeichnet. Er gibt die Masse des Stoffes an, die pro Ladungseinheit abgeschieden oder freigesetzt wird. Die Faraday-Konstante F ist eine grundlegende physikalische Konstante, die die Größe der elektrischen Ladung pro Mol Elektronen angibt, etwa 96.485 Coulomb pro Mol. Die Variable "z" steht für die Anzahl der Mole der übertragenen Elektronen pro Mol der Substanz in der Elektrodenreaktion (z. B. z=1 für Na⁺, z=2 für Cu²⁺, z=3 für Al³⁺).
Dieses Gesetz war ein monumentaler Schritt zur Verknüpfung der bis dahin getrennten Gebiete Elektrizität und Chemie. Vor Faraday war die Beziehung bestenfalls qualitativer Natur. Seine sorgfältigen Experimente, bei denen er bekannte Ströme für bestimmte Zeit durch verschiedene Lösungen leitete und die entstehenden Ablagerungen gewogen wurden, lieferten den empirischen Beweis für diese präzise mathematische Beziehung. Sie legten den Grundstein für die Elektrochemie als quantitative Wissenschaft und zeigten, dass elektrische Kräfte bereits vor der Entdeckung des Elektrons auf fundamentaler Ebene direkt mit chemischen Bindungen und Reaktionen verknüpft waren.
UNESCO Nomenclature: 2406
- Elektrochemie
Typ
Physikalisches Gesetz
Verwendung
Weitverbreitete Verwendung
Vorläufer
- Erfindung der Voltasche Säule durch Alessandro Volta
- humphry davy's isolierung von natrium und kalium durch elektrolyse
- Entdeckung der Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus durch Hans Christian Ørsted
Anwendungen
- Galvanisieren
- Elektrogewinnung und Elektroraffination von Metallen
- Coulometrie für chemische Analysen
- Produktion von Industriechemikalien
- Batteriekapazitätsmessung
Potenzielle Innovationsideen
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Verwandt mit: Faradaysches Gesetz, Elektrolyse, Elektrochemie, Elektrizitätsmenge, Faraday-Konstante, elektrochemisches Äquivalent, Elektroplattieren, Coulometrie.