ファラデーの電気分解の法則

ファラデーの電気分解の法則は、 1833年にマイケル・ファラデーが発表した電気化学研究に基づく定量的な関係である。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

マイケル・ファラデーは、電気分解中に電極に析出または放出される物質の質量（m ）は、電解質を通過した 電荷（ Q、SI単位はアンペア秒またはクーロン）に正比例すると報告した^{[ 3 ] 。}$${\displaystyle m\propto Q\quad \implies \quad {\frac {m}{Q}}=Z}$$

ここで、比例定数Zは、物質の電気化学当量（ECE）と呼ばれます。したがって、ECEは、単位電荷あたりに析出または放出される物質の質量として定義できます。

ファラデーは、直列に接続された異なる電解質に同じ量の電流を流すと、電極に析出または放出される物質の質量が、それぞれの化学当量/当量重量( E ) に正比例することを発見した。^{[ 3 ]}これは、モル質量 ( M ) を原子価 ( v )で割った 値になる。

${\displaystyle {\begin{aligned}&m\propto E;\quad E={\frac {\text{モル質量}}{\text{原子価}}}={\frac {M}{v}}\\&\implies m_{1}:m_{2}:m_{3}:\ldots =E_{1}:E_{2}:E_{3}:\ldots \\&\implies Z_{1}Q:Z_{2}Q:Z_{3}Q:\ldots =E_{1}:E_{2}:E_{3}:\ldots \\&\implies Z_{1}:Z_{2}:Z_{3}:\ldots =E_{1}:E_{2}:E_{3}:\ldots \end{aligned}}}$

第二法則の現代版は $${\displaystyle F=Ne}$$ ここで、Fはファラデー定数、Nはアボガドロ数、eは素電荷である。この式は、ファラデーの時代には存在しなかった化学価の理解を必要とする。^{[ 4 ]： 72}

一価イオンは放電に電子を1個必要とし、二価イオンは放電に電子を2個必要とする、といった具合です。したがって、x個の電子が流れると、${\displaystyle {\tfrac {x}{v}}}$原子が放電される。

したがって、放出される質量mは $${\displaystyle m={\frac {xM}{vN_{\rm {A}}}}={\frac {QM}{eN_{\rm {A}}v}}={\frac {QM}{vF}}}$$ どこ

• N _Aはアボガドロ定数です。
• Q = xeは総電荷であり、電子の数 ( x )と素電荷eの積に等しい。
• Fはファラデー定数です。

ファラデーの法則は次のように要約できます。

${\displaystyle Z={\frac {m}{Q}}={\frac {1}{F}}\left({\frac {M}{v}}\right)={\frac {E}{F}}}$

ここで、Mは物質のモル質量（通常はSI単位のグラム/モルで表される）であり、 vはイオンの原子価である。

ファラデーの第一法則では、M、F、vは定数です。したがって、 Qの値が大きいほど、mも大きくなります。

ファラデーの第二法則では、Q、F、vは定数です。したがって、${\displaystyle {\tfrac {M}{v}}}$（等価重量）mが大きいほど、その値は大きくなります。

定電流電解の単純なケースでは、Q = Itとなり、

${\displaystyle m={\frac {ItM}{Fv}}}$

そしてそれから

${\displaystyle n={\frac {It}{Fv}}}$

どこ：

• nは放出された物質の量（「モル数」）です。${\displaystyle n={\tfrac {m}{M}}}$
• tは定電流が印加されていた合計時間です。

構成要素の原子価が異なる合金の場合、 $${\displaystyle m={\frac {It}{F\times \sum _{i}{\frac {w_{i}v_{i}}{M_{i}}}}}}$$ ここで、w _{i は}i番目の元素の質量分率を表す。

より複雑な可変電流の場合、総電荷Qは時間τにわたって積分された電流I ( τ )です。

${\displaystyle Q=\int _{0}^{t}I(\tau )\,d\tau }$

ここでtは全電気分解時間である。^{[ 5 ]}

• 電気めっきとは、電流を用いて物体の表面に薄い金属層を析出させるプロセスである。
• 電気化学電池―化学反応から電気エネルギーを生成する
• 電気めっきとは、電気めっきを用いて型に金属を析出させることで、デザインの金属製コピーを作成するプロセスである。
• 電気採取– 電流を用いて溶液から金属を抽出するプロセス
• 電鋳とは、金属を金型や基板に析出させて金属部品を製造するプロセスである。
• 陽極酸化処理とは、金属の表面を耐久性のある耐腐食性酸化皮膜に変換するプロセスである。
• 導電性ポリマー–電気を伝導する有機ポリマー
• 水の電気分解― 電流を用いて水分子を水素ガスと酸素ガスに分解するプロセス
• 電解コンデンサー–電極板の1つに電解液を使用するタイプのコンデンサー

• 電解
• ファラデーの誘導法則
• ターフェル方程式

• Serway、Moses、およびMoyer、『現代物理学』第3版（2005年）、物理学の原理。
• ファラデーの法則に関する実験（ 2021年2月4日にWayback Machineにアーカイブ済み）