Die Faradayschen Gesetze
Experimente:
Versuch: Versuch zum 1. Faradayschen Gesetz
Versuch: Versuch zum 2. Faradayschen Gesetz
Wie alle chemischen Reaktionen folgt auch die elektrolytische Abscheidung von
Elementen exakten Gesetzmäßigkeiten. Die deckte der englische Chemiker Michael
Faraday (1791-1867) auf. Er untersuchte den Zusammenhang zwischen der Menge
an elektrischer Ladung, die eine Elektrolyselösung durchfließt, und der Masse der
sich an den beiden Elektroden abscheidenden Stoffe. Um seine Leistung zu
würdigen, muss man sich klar machen, dass er damals noch nicht wissen konnte, was
dabei überhaupt ablief. So war ihm damals das Elektron unbekannt, das gleiche gilt
für Ionen.
Seine berühmten zwei Gesetze lauten wie folgt:
1. Faradaysches Gesetz
Die bei der Elektrolyse abgeschiedenen Stoffmengen sind proportional zu der durch
den Elektrolyten hindurchgeflossenen Ladungsmenge, also zum Produkt aus
Stromstärke und Zeit.
Die Ladungsmenge wird in Coulomb = Amperesekunden angegeben.
A ist das elektrochemische Äquivalent eines Elements. Seine Dimension ist kg/Coulomb. Elektrolysiert man eine Lösung von Silbernitrat, so erhält man bei der Ladungsmenge von einem Coulomb exakt 1,118 mg Silber; A ist also 1,118 · 10-6 kg/Coulomb. Bei der Elektrolyse von Kupfer(II)-sulfat scheiden sich 0,329 mg Kupfer pro Coulomb ab.
2. Faradaysches Gesetz
Eine gleiche Ladungsmenge scheidet aus verschiedenen Elektrolyten stets gleiche
Äquivalentmassen der Stoffe ab.
Die Äquivalentmassen sind die Molmassen dividiert durch ihre Wertigkeit. Beim Silber sind das 107,88 g/mol geteilt durch 1, beim Kupfer 63,6 g/mol geteilt durch 2.
Die Ladungsmenge, die benötigt wird, um eine Äquivalentmasse abzuscheiden, beträgt stets 96485 Coulomb/mol. Dies ist die Faraday-Konstante. Sie ist unabhängig vom Stoff. Heute wissen wir: Sie ist das Produkt aus Avogadro-Konstante NL und Elementarladung eo. Letztere ist die (sehr kleine) Ladung eines Elektrons.
Bedeutung der Faradayschen Gesetze
Diese Gesetze waren nicht nur Meilensteine zur Etablierung der Chemie als
anerkannte exakte Wissenschaft. Sie gestatteten auch die Berechnung von
Ausbeuten und Stromverbrauch, spielen also eine wirtschaftlich und
wissenschaftlich bedeutsame Rolle bei der Berechnung von Stoff- und
Energieumsätzen von Elektrolysen.
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