ファラデーの電解則 – 第一法則と第二法則（方程式と定義）

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フィールド: 基本電気

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ファラデーの電解則

ファラデーの電解則を理解する前に、金属硫酸塩の電解プロセスを理解する必要があります。

金属硫酸塩のような電解質が水に希釈されると、その分子は正と負のイオンに分裂します。正イオン（または金属イオン）は、バッテリーの負極に接続された電極へ移動し、そこで電子を取り込み、純粋な金属原子となり、電極に沈殿します。

負イオン（または硫酸イオン）は、バッテリーの正極に接続された電極へ移動し、そこで余分な電子を放出してSO4ラジカルになります。SO4は電気的に中性の状態で存在できないため、金属の正極を攻撃し、金属硫酸塩を形成し、再び水中に溶解します。

ファラデーの電解則は、上記の2つの現象を定量的（数学的）に説明する関係です。

ファラデーの第一法則

上述の簡単な説明から、外部の電流がバッテリー回路を通る流れは、負極またはカソードから正の金属イオンまたはカチオンへと移動する電子の数に完全に依存していることが明らかです。カチオンがCu++のように価数が2であれば、各カチオンに対して2つの電子がカソードからカチオンへ移動します。私たちは電子が負の電荷-1.602 × 10-19クーロンを持ち、これを-eとするならば、カソード上の各Cu原子の析出には-2.eの電荷がカソードからカチオンへ移動することになります。

今、t時間後にカソードに析出する銅原子の総数がn個であるとすると、移動する総電荷は-2.n.eクーロンになります。析出される銅の質量mは、当然のことながら析出される原子の数の関数です。したがって、析出される銅の質量は電解液を通る電荷量に比例することが結論づけられます。つまり、析出される銅の質量m ∝ Q（電解液を通る電荷量）となります。

ファラデーの第一法則は、電解液を通る電流による化学的析出物の質量は、通過する電荷量（クーロン）に比例すると述べています。

つまり、化学的析出物の質量:

ここで、Zは比例定数であり、物質の電気化学的等価物として知られています。

上記の式にQ = 1クーロンを代入すると、Z = mとなり、これは1クーロンを通すことで析出される物質量を意味します。この電気化学的等価物の定数は通常、ミリグラム/クーロンまたはキログラム/クーロンで表されます。

ファラデーの第二法則

これまでに学んだように、電解によって析出される化学物質の質量は、電解液を通る電荷量に比例します。しかし、電解によって析出される化学物質の質量は、電解液を通る電荷量だけでなく、他の要因にも依存します。すべての物質には独自の原子量があります。そのため、同じ数の原子であっても、異なる物質は異なる質量を持つことになります。

また、電極に析出する原子の数は、その価数にも依存します。価数が高い場合、同じ電荷量でも析出する原子数は少なくなります。一方、価数が低い場合、同じ電荷量でもより多くの原子が析出します。

したがって、同じ電荷量が異なる電解質を通る場合、析出する化学物質の質量はその原子量に比例し、価数に反比例します。

ファラデーの第二法則は、同じ電荷量がいくつかの電解質を通るとき、析出する物質の質量はそれぞれの化学的等価物または等価重量に比例すると述べています。