Faraday elektrolüüsiseadused
Elektrolüüsiseadused, mis on nimetatud nende avastaja Faraday järgi, kirjeldavad elektrilaengu ja aine muundumise vahelist seost elektrokeemilistes reaktsioonides. Elektrokeemia põhiliste seadustena kehtivad nad ka keemiliste vooluallikate korral. Faraday avaldas oma elektrolüüsiseadused 1834. aastal järgmises sõnastuses: Elektrolüütiliselt sadestunud aine hulk on võrdeline elektrolüüti läbiva elektrilaenguga. Ühesuguste elektrihulkade korral on elektroodil sadestuva aine (elemendi) hulk võrdeline aine molaarmassiga ja pöördvõrdeline aine ekvivalentse massiga. Mõlemat seadust saab väljendada ühe valemiga, milleni võib jõuda järgmiselt. Ühevalentse keemilise elemendi ühe mooli elektrolüütiliseks sadestamiseks elektroodil on vajalik elektrilaeng Q 1 1 mol = e ⋅ N A = F {\displaystyle {\frac {Q_{1}}{\text{1 mol}}}=e\cdot N_{\mathrm {A} }=F} , kus e {\displaystyle e} (= 1,602 176 634 × 10–19 C) on elementaarlaeng, N A {\displaystyle N_{\mathrm {A} }} (= 6,022 140 76 × 1023 1/mol) on Avogadro arv (väljendab elemendi ioonide arvu 1-moolises ainehulgas) ja F {\displaystyle F} (= 96 485,33212 C/mol) on Faraday arv (võrdub elektrilaenguga, mis on vajalik ühevalentse aine 1 mooli sadestamiseks (ühtlasi võrdne aine 1 mooli elektronide laenguga). Ainehulga n {\displaystyle n} elektrolüütiliseks sadestamiseks keemilise elemendi mis tahes valentsi korral peab ainet läbima elektrilaeng Q = n ⋅ z ⋅ F {\displaystyle Q=n\cdot z\cdot F} , kus n {\displaystyle n} on ainehulk (moolides), z {\displaystyle z} on reageeriva elemendi iooni valentsiarv (puuduvate või liigsete elektronide arv), ja F {\displaystyle F} on Faraday arv. Vastavalt molaarmassi M {\displaystyle M} definitsioonile saab sadestuva (reageeriva) aine massi m {\displaystyle m} avaldada kujul m = M ⋅ n {\displaystyle m=M\cdot n} . Kui avaldada elektrilaengu valemist ainehulk n = Q z ⋅ F {\displaystyle n={\frac {Q}{z\cdot F}}} ja panna massi m {\displaystyle m} valemisse, saamegi Faraday seadusi väljendava valemi: m = M ⋅ Q z ⋅ F {\displaystyle m={M\cdot Q \over z\cdot F}} . Faraday esimese seaduse puhul on M , F {\displaystyle M,\,F} ja z {\displaystyle z} konstantsed, seega mida suurem laeng Q {\displaystyle Q} , seda suurem mass m {\displaystyle m} . Teise seaduse puhul on konstantsed Q , F {\displaystyle Q,\,F} ja z {\displaystyle z} , nii et mida suurem M / z {\displaystyle M/z} , seda suurem m {\displaystyle m} . Konstantse voolutugevuse I {\displaystyle I} korral on laeng Q {\displaystyle Q} võrdeline elektrolüüsi ajaga t {\displaystyle t} : Q = I ⋅ t {\displaystyle Q=I\cdot t} . Kui teha see asendus massi valemis, saame avaldada elektrolüüsil sadestuva aine massi sõltuvalt muutumatu tugevusega voolust ja ajast: m = M ⋅ I ⋅ t z ⋅ F {\displaystyle m={M\cdot I\cdot t \over z\cdot F}} .