電気分解とファラデーの法則

電池や電気加工を理解するのに電気化学の分野が必要になります。
本項では電気化学の基礎となる電気分解とファラデーの法則について説明しましょう。

電気分解とは、電解液の中に電極を入れ電気を流した時、電極の周囲に物質が析出(せきしゅつ)する一連の操作のことです。
下の図のように電解液の中に入れた電極の陽極の周囲では陰イオンが電子を放出し、陰極では陽イオンが電子と結合する化学反応が起きています。

このような電気分解は、電気メッキや化学物質の製造金属の電解精錬などの工業分野で用いられています。

電気分解で析出する物質の量を求めるには、以下のファラデーの法則(電気分解に関するファラデーの法則)が成り立ちます。
第一法則:電極に析出される物質の量は、電解液中を通過したそう電気量に比例する。
第二法則:電気量が同一の場合、析出される物質の量は、その物質の電気化学当量に比例する。

この法則をもとに電気分解で析出する物質の量wは次の式で求められます。
w=kQ(g)
k:物質の電気化学当量(g/(A・h))
Q:電気量(A・h)

電気量Qは、電解液中にイオンが運ぶ電荷の総量で、1Aの電流が1秒間に運ぶ電荷は1C(クーロン)です。それで下記の式が成り立ちます。
Q=電流(A)×通電時間(h)
ただ、単位は多くの場合CではなくA・hが用いられるので覚えておきましょう。

電気化学当量kは、1A・hで析出される物質の量で下記の式で求められます。

式に出てくる26.8(A・h/mol)は、ファラデー定数と言います。これは暗記してください。
原子量は、1(mol)の原子が何グラムになるかを表す数値です。
原子価は元素によってことなる数値で、ある原子が何個の他の原子と結合するかを表す数です。

試験対策としては、ファラデーの法則の文章を覚えるより計算方法を覚えて練習問題をいくつも解いておくと良いでしょう。



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