簡介
法拉第電解定律Faraday’s law of electrolysis
闡明電和化學反應物質間相互作用定量關係的定律。1833年M.法拉第根據精密實驗測量並提出此定律。內容為:①當電流通過電解質溶液時,在電極(即相界面)上發生化學變化物質B的物質的量與通入的電量成正比 。② 若幾個電解池串聯通入一 定的電量後 ,各個電極上發生化學變化物質B的物質的量相同。特別需要指明 ,在電化學中 B物質的量是以單位電荷離子 電子 (e-)為基本單元 。1摩爾質子的電荷 (即1摩爾電子電荷的絕對值)稱為法拉第常數(F),其數值 F =9.648456×104庫侖/摩爾(C/mol)。若電極反應為:(1)式中各物質的量基本單元分別 、e和M。單位反應速度可理解為Z+摩爾的 和Z+摩爾的e-反 應生成1摩爾的 M。通過溶液的電量(或參與電極反應的電量)Q為:Q=Z++F(2)式(2)中 Z+ 為電極反應式中電子的計量數,公式為法拉第電解定律的數學表達式,它闡明了上述法拉第電解定律的兩條文字敘述。只要電極反應中沒有副反應或次級反應,法拉第電解定律不受溫度、壓力、濃度等條件的限制,是科學準確定律之一。
電解第一定律
在電極上析出(或溶解)的物質的質量m 同通過電解液的總電量Q(即電流強度I與通電時間t的乘積)成正比,即 m=KQ=KIt,其中比例係數K的值同所析出(或溶解)的物質有關,叫做該物質的電化學當量(簡稱電化當量)。電化當量等於通過1庫侖電量時析出(或溶解)物質的質量。
電解第二定律
當通過各電解液的總電量 Q相同時,在電極上析出(或溶解)的物質的質量 m同各物質的化學當量C(即原子量A與原子價Z之比值)成正比。電解第二定律也可表述為:物質的電化學當量K同其化學當量C成正比,即式中比例係數 α對所有的物質都有相同的數值,通常把它寫成 1/F,F 叫做法拉第常數,簡稱法拉第,其值為9.648455×104庫侖/摩爾。 可以把電解第一定律和電解第二定律合用一個公式表示如下若物質的質量m以克表示時的數值恰等於其化學當量,則稱物質的量為1克當量。按照法拉第電解定律,在電極上析出(或溶解)一克當量物質所需的電荷量為F。當物質的量為一摩爾時,組成該物質的原子個數等於阿伏伽德羅常數No,其值約為6.022×1023每摩爾。因此,按照法拉第定律,在電極上析出一摩爾物質所需的電量ZF,它等於No個Z價離子所帶電量的絕對值之和。每一Z價離子所帶電量的絕對值等於基本電荷e(電子所帶電量的絕對值,約為1.602×10-19庫侖)的Z倍,由此可見即基本電荷e等於法拉第常數F與阿伏伽德羅常數No之比。
法拉第電解定律是電化學中的重要定律,在電化生產中經常用到它。歷史上,法拉第電解定律曾啟發物理學家形成電荷具有原子性的概念,這對於導致基本電荷e的發現以及建立物質的電結構理論具有重大意義。在R.A.密立根測定電子的電荷e以後,曾根據電解定律的結果計算阿伏伽德羅常數No。