Электролиз представляет собой процесс разложения вещества под действием электрического тока, проходящего через раствор или расплав электролита. Количественные закономерности электролиза были установлены английским учёным Майклом Фарадеем в первой половине XIX века. Эти зависимости, вошедшие в историю как законы Фарадея, легли в основу количественной электрохимии и позволили связать электрические величины с химическим изменением вещества.
Масса вещества, выделившегося на электроде при электролизе, пропорциональна количеству электричества, прошедшему через электролит.
Математическая запись:
m = k ⋅ Q
где
Количество электричества выражается через силу тока и время:
Q = I ⋅ t
Таким образом:
m = k ⋅ I ⋅ t
Электрохимический эквивалент зависит от природы вещества и определяется через его молярную массу и валентность.
При прохождении одинакового количества электричества через разные электролиты массы выделившихся на электродах веществ относятся как их эквивалентные массы.
Математическая форма:
$$ \frac{m_1}{m_2} = \frac{M_1 / z_1}{M_2 / z_2} $$
где
Этот закон отражает универсальность электролиза: независимо от природы вещества, количество выделившихся молекул или ионов определяется числом переданных электронов.
Для практического применения законов Фарадея была введена постоянная Фарадея (F), равная количеству электричества, переносимому одним молем электронов:
F = NA ⋅ e ≈ 96485 Кл/моль
где
С учётом этого выражение для массы выделившегося вещества можно записать как:
$$ m = \frac{M}{F \cdot z} \cdot Q $$
Таким образом, электрохимический эквивалент вещества выражается через его молярную массу M, заряд иона z и постоянную Фарадея:
$$ k = \frac{M}{F \cdot z} $$
Законы Фарадея имеют фундаментальное значение для электрохимии и её прикладных областей:
Законы Фарадея обеспечили связь между электричеством и химией, позволив выразить количество вещества через электрический заряд, что стало важнейшим шагом в развитии физической химии и атомистических представлений.