Faradaysche Gesetze

Mit den Faraday-Gesetzen kannst du bei Elektrolysen die fließende Ladung und abgeschiedene Stoffmengen bestimmen.


Erklärung

Mit einer Elektrolyse können Stoffe gewonnen werden. Um herauszufinden, wie viel von dem Stoff entsteht, kannst du die Faraday-Gesetze benutzen.

Michael Faraday hat zwei Gesetze Anfang des 19. Jahrhunderts aufgestellt. Diese werden heute zu einem Gesetz zusammengefasst.

In der Schule brauchst du meistens nur das 1. Gesetz oder das Zusammengefasste.

1. Faraday-Gesetz

Die Stoffmenge n, die während der Elektrolyse an einer Elektrode abgeschieden wird, ist proportional zur Ladung Q, die durch den Elektrolyten fließt.

n ~ Q

Das heißt, wenn du bei deiner Elektrolyse die doppelte Stoffmenge haben willst, muss die doppelte Ladung durch die Zelle fließen.

Die Ladung Q ist das Produkt aus Stromstärke I und Zeit t.

Q = I \cdot t Q=ItQ = I \cdot t

Das heißt, du kannst entweder die Zeit oder die Stromstärke verdoppeln. Dann bekommst du doppelt so viel Stoffmenge.

Wenn du die Stoffmenge konkret berechnen willst, brauchst du das heutige Faraday-Gesetz.

Heutiges Faraday-Gesetz

Um eine beliebige Stoffmenge eines Stoffs bei der Elektrolyse abzuscheiden, ist diese Ladung notwendig:

Q = n \cdot z \cdot FQ=nzFQ = n \cdot z \cdot F

n = Stoffmenge

z = Anzahl der Elektronen, die ein Teilchen an der Elektrode austauscht,

F = Faraday-Konstante (96 485 C/mol)


Elektrolyse von Kupfersulfat

Wie groß muss die Ladung sein, damit sich 1 mol Kupfer abscheidet?

Lösung

Kupfersulfat wird bei der Elektrolyse zu Kupfer reduziert. Dabei nimmt das Kupferatom zwei Elektronen auf.

Es gilt also z = 2 und damit:

\begin{aligned} Q &= n \cdot z \cdot{F}\\ Q &= 1\ \text{mol} \cdot 2 \cdot 96 485 \ \frac{\text{C}}{\text{mol}} \\Q &= \underline{\underline{192 970 \ \text{C} }}\end{aligned}Q=nzFQ=1 mol296485CmolQ=192970 C\begin{aligned} Q &= n \cdot z \cdot{F}\\ Q &= 1\ \text{mol} \cdot 2 \cdot 96 485 \ \frac{\text{C}}{\text{mol}} \\Q &= \underline{\underline{192 970 \ \text{C} }}\end{aligned}

Bei der Elektrolyse braucht man eine Ladung von 192 970 C, um 1 mol Kupfer zu bekommen.

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