Faradays elektrolyselov

Faradays elektrolyselov er en kombinasjon av to lover for elektrolyse som ble funnet av Michael Faraday i 1834. I denne prosessen går en elektrisk strøm gjennom en elektrolytt slik at forskjellige stoffer blir utskilt ved elektrodene. Han målte hvordan mengden av disse avhang av strømmen som gikk gjennom elektrolytten og dens egenskaper.

Den første loven sier at den utskilte stoffmengden er proporsjonal med den elektriske ladningen som har gått gjennom elektrolytten, det vil si med produktet av strømmen og den tiden den har gått. Denne ladningen blir transport av ioner som hvert bærer en eller flere elementærladninger.

Den andre loven sier at når den samme ladningen går gjennom forskjellige elektrolytter, vil den skille ut den ekvivalente massen (molar masse delt med valensen) av ulike stoff.

For eksempel viste målinger at en strøm på 1 A som virket i 100 sekunder (som gir en ladning på 100 C), vil skille ut 111,8 mg sølv. Lar man den samme strømmen virke dobbelt så lenge, ville man skille ut den dobbelte mengden. Dette ville også være tilfelle hvis man lot doble strømstyrken og så la den virke i 50 sekunder. Lar man 1 C gå gjennom en elektrolytt med kobberioner, vil man skille ut 0,33 mg. Dette forklares ved at sølv har molar masse M_Ag = 108 g/mol og er monovalent, mens kopper har molar masse M_Cu = 63 g/mol og er divalent.

Matematisk form

Man kan måle mengden av stoff m som blir skilt ut på en elektrode, i antall mol n. Hvis den molare massen til ionet som ankommer denne, er M, så er n = m/M. Men denne stoffmengden kreve en elektrisk ladning Q = znF hvor F er ladningen til et monovalent mol med ioner og z er valensen (eller ladningen hvert ion som fører strømmen). Siden antall ioner i 1 mol er gitt ved Avogadros konstant N_A , har man at F = eN_A hvor e er elementærladningen. Dette kalles Faradays konstant og har verdien F = 96485 C/mol. Derfor har man at m/M = Q/zF eller

$m={Q \over F}\cdot {M \over z}$

som nå oppsummerer begge elektrolyselovene til Faraday.

I denne formelen er nå M/z den ekvivalent massen til ionet. Den massen som blir skilt ut av en ladning Q = 1 C, er M/zF og kalles i noen sammenhenger for den elektrokjemiske ekvivalenten til stoffet. For sølv er den derfor 1,12 mg/C, mens for kopper er den 0,33 mg/C.

Litteratur

• T. Østerud og M. Prytz, Uorganisk Kjemi, Grøndahl & Søns Forlag, Oslo (1946).
• D. A. MacInnes, The Principles of Electrochemistry, Dover, New York (1961).
• K. J. Laidler, The World of Physical Chemistry, Oxford University Press, Oxford (1995). ISBN 0-19-855919-4.