Faraday-Elektrolyse
Faradaysche Elektrolysegesetze
Die abgeschiedene Stoffmenge ist direkt proportional zur übertragenen Ladung \(Q=I\cdot t\). Über die Elektronenzahl \(z\) und die molare Masse \(M\) lässt sich daraus die abgeschiedene Masse bestimmen.
\[ m = \frac{M\,I\,t}{zF} \]
Dieses Modell ist grundlegend für Galvanik, Elektrolyseprozesse, Beschichtungsdicken-Abschätzungen und elektrochemische Skalierungsrechnungen.
- Metallabscheidung aus Elektrolytlösungen
- Strombedarf für Zielmassen
- Skalierung von Labor- auf Technikmaßstab
Formeln (MathJax)
\[ Q = I\,t \]
\[ n = \frac{Q}{zF} = \frac{I\,t}{zF} \]
\[ n_\mathrm{real} = n_\mathrm{theo}\cdot\frac{\eta}{100} \]
\[ m = \frac{M\,I\,t}{zF}\cdot\frac{\eta}{100} \]
\[ I = \frac{m\,zF}{M\,t\,(\eta/100)} \]
Legende der Formelsymbole
- \(m\): abgeschiedene Masse [g]
- \(n\): abgeschiedene Stoffmenge [mol]
- \(M\): molare Masse [g/mol]
- \(I\): Stromstärke [A]
- \(t\): Zeit [s]
- \(Q\): Ladung [C]
- \(z\): Anzahl übertragener Elektronen pro Ion
- \(F\): Faraday-Konstante \(96485\,\mathrm{C\,mol^{-1}}\)
- \(\eta\): Stromausbeute in Prozent [%]
Ausführliche Beispiele
Beispiel 1 (Kupferabscheidung):
\(I=2.5\,A\), \(t=3600\,s\), \(M=63.546\), \(z=2\)
\(m\approx2.96\,g\)
\(I=2.5\,A\), \(t=3600\,s\), \(M=63.546\), \(z=2\)
\(m\approx2.96\,g\)
Beispiel 2 (Strombedarf):
Zielmasse \(m=5\,g\) Kupfer in 1 h
Der Rechner zeigt den nötigen mittleren Strom \(I\).
Zielmasse \(m=5\,g\) Kupfer in 1 h
Der Rechner zeigt den nötigen mittleren Strom \(I\).
Beispiel 3 (Stoffmenge):
\(I=1.2\,A\), \(t=1800\,s\), \(z=2\)
Direkte Bestimmung der abgeschiedenen Stoffmenge \(n\).
\(I=1.2\,A\), \(t=1800\,s\), \(z=2\)
Direkte Bestimmung der abgeschiedenen Stoffmenge \(n\).
Praxis-Hinweis:
Reale Prozesse zeigen oft Stromausbeuten unter 100 %. Für präzise Praxiswerte sollte ein Wirkungsgradfaktor berücksichtigt werden.
Reale Prozesse zeigen oft Stromausbeuten unter 100 %. Für präzise Praxiswerte sollte ein Wirkungsgradfaktor berücksichtigt werden.
Vertiefung
Stromausbeute und Nebenreaktionen
In der Praxis fließt ein Teil des Stroms in Nebenreaktionen (z. B. Gasentwicklung). Dadurch kann die reale abgeschiedene Masse kleiner als die theoretische Masse sein.
Technische Anwendung
Für Beschichtungen sind neben der Ladungsbilanz auch Geometrie, Stromdichte, Elektrolytführung und Temperatur wichtig. Der Rechner liefert den idealen elektrochemischen Kernwert.
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