Faraday-Gesetze
1832/33 zeigte Michael Faraday erstmals, dass ein quantitativer Zusammenhang zwischen der bei der Elektrolyse fließenden Ladungsmenge und den chemischen Umsetzungen an den Elektroden besteht.
Die Faraday-Gesetze besagen, dass die durch eine bestimmte Ladungsmenge abgeschiedene Masse verschiedener Stoffe deren molaren Massen eines Äquivalents (Äquivalentmasse) entspricht.
Faraday-GesetzQ=z⋅n⋅F QLadung zZahl der ausgetauschten ElektronennStoffmengeFFaraday-Konstante=96.487 C⋅mol−1=e−⋅NL NLLoschmidt-KonstanteWichtige Inhalte in diesem Video
Was passiert eigentlich, wenn Strom durch ein Elektrolyt fließt? Genau das wird durch das Gesetz von Faraday beschrieben. Hier erfährst du, wie die ursprünglich zwei Faraday’schen Gesetze formuliert wurden und wie das Gesetz in der heutigen Zeit formuliert wird. Außerdem zeigen wir dir, wie du die Gesetzmäßigkeit anwenden kannst.
Für ein besseres Verständnis ist das Faraday Gesetz im Video noch anschaulicher mit Bild und Ton dargestellt.
- Faraday Gesetz einfach erklärt
- Faradaysche Gesetze
- Faraday Gesetz heutige Formulierung
- Faraday Gesetz Anwendungen
Faraday Gesetz einfach erklärt
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(00:15)
Die 1834 formulierten Gesetze nach Michael Faraday beschreiben den Zusammenhang von elektrischer Ladung und Stoffumsatz bei chemischen Reaktionen. Was genau sagt dir das jetzt?
Merke
Gesetzt den Fall, eine elektrische Ladung fließt durch eine Elektrolyselösung zwischen zwei Elektroden. Dann scheiden sich dabei an beiden Elektroden eine gewisse Menge an Stoffen ab. Der Zusammenhang zwischen der elektrischen Ladung und der Menge an abgeschiedenen Stoffen wird in den Faradayschen Gesetzen beschrieben.
Faradaysche Gesetze
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(01:10)
Michael Faraday hat aber nicht nur eines, sondern sogar zwei Gesetze zur Elektrolyse entdeckt und formuliert.
In den nächsten beiden Abschnitten sind die Faraday Gesetze definiert. Danach erfolgt der Zusammenschluss zu dem heutzutage angewandten Faraday Gesetz.
1. Faradaysches Gesetz
Das erste Faradaysche Gesetz beschreibt die Proportionalität der Abscheidung einer Stoffmenge zur durch den Elektrolyten geschickten elektrischen Ladung.
In einer Formel ausgedrückt ist die Masse
Das elektrochemische Äquivalent mit der Einheit
Die Faraday Konstante ist die elektrische Ladung eines einfach geladenen Ions, wird aus der Avogadro Konstanten und der Elementarladung gebildet und hat den Wert
2. Faradaysches Gesetz
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(01:45)
Das zweite Faradaysche Gesetz sagt aus, dass bei gleichen Elektrizitätsmengen aus einem Elektrolyt die abgeschiedenen Mengen zweier Stoffe sich wie ihre chemischen Äquivalente verhalten.
Auch dieses Gesetz kann wieder über eine Formel ausgedrückt werden. Dabei wird das Verhältnis zwischen zwei Stoffen definiert. Dabei spielen die Massen
Faraday Gesetz heutige Formulierung
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(02:18)
Heutzutage werden die Faraday Gesetze zu einer Formel zusammengefasst. Damit kann wirklich von einem Faraday Gesetz in der Einzahl gesprochen werden. Beteiligt sind darin wieder die abgeschiedene Masse
Mit dieser Gleichung kann die abgeschiedene Masse berechnet werden. Oder die Gleichung wird umgeformt und beispielsweise die Zeit berechnet, mit der eine bestimmte Masse abgeschieden werden kann.
Um die Herleitung der Formel für das Faraday Gesetz zu verstehen, sind im nächsten Schritt die einzelnen Vorgehensweisen thematisiert.
Zuerst muss die Überlegung gemacht werden, was für eine Ladungsmenge notwendig ist, um ein Mol eines einwertigen Ions elektrolytisch abzuleiten. Das funktioniert über die Avogadro Konstante
Dabei kommen wir wieder auf die Faraday Konstante
Um eine beliebige Stoffmenge eins Ions abzuscheiden benötigt es eine angepasst Ladungsmenge. Dabei ist die Stoffmenge
Setzt du die Masse
Mit der Definition für die Ladungsmenge
Faraday Gesetz Anwendungen
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(04:11)
Wozu benötigt man dieses Gesetz nun eigentlich? Vor allem bei der Elektrolyse kommt diese Gesetzmäßigkeit zum Einsatz um die Elektrolysezeit zu berechnen, um eine bestimmte Menge eines Stoffes zu gewinnen.
Neben der Elektrolyse kommt das Faraday Gesetz zusätzlich in der Galvanik zum Einsatz. Nach der Definition der Dichte
Durch umstellen der Gleichung für die Dichte auf die Masse