/ Elektrochemie

Faraday-Gesetz (Masse)

Abgeschiedene Masse bei Elektrolyse: m = (M · I · t) / (z · F). Verknüpft Stromstärke, Zeit und Ladungszahl mit der erzeugten Masse.

01 · Eingabe

Faraday-Gesetz (Masse) berechnen

Abgeschiedene Masse bei Elektrolyse: m = (M · I · t) / (z · F). Verknüpft Stromstärke, Zeit und Ladungszahl mit der erzeugten Masse.

Lösen für

m = (M · I · t) / (z · F)

M Molare Masse

g/mol

I Stromstärke

t Zeit

z Ladungszahl

Was sagt das Faraday-Gesetz?

Das erste Faraday-Gesetz der Elektrolyse besagt: die an einer Elektrode abgeschiedene Masse ist proportional zur durchgeflossenen Ladungsmenge Q = I · t. Umgerechnet auf die molare Masse M und die Ladungszahl z (Elektronen pro Ion) ergibt sich m = (M · I · t) / (z · F).

Die Faraday-Konstante F = 96 485,33 C/mol entspricht der Ladung von einem Mol Elektronen. Sie verknüpft elektrische Ladung mit der Stoffmenge.

Die Formel

Formel Faraday-Masse

m = (M · I · t) / (z · F)

Umstellungen:
    M = (m · z · F) / (I · t)
    I = (m · z · F) / (M · t)
    t = (m · z · F) / (M · I)
    z = (M · I · t) / (m · F)

Die Variablen

Symbol	Bedeutung	Einheit	Erklärung
m	Masse	g	Abgeschiedene Masse an der Elektrode.
M	Molare Masse	g/mol	Molare Masse des abgeschiedenen Stoffes.
I	Stromstärke	A	Konstante Stromstärke während der Elektrolyse.
t	Zeit	s	Dauer des Stromflusses.
z	Ladungszahl	—	Übertragene Elektronen pro Ion.

Mit F = 96 485,33 C/mol.

Minimal-Beispiel

Wie viel Kupfer (M = 63,55 g/mol, z = 2) wird bei I = 2 A und t = 30 min abgeschieden?

Rechnung Beispiel Kupfer

m = (63,55 · 2 · 1800) / (2 · 96485)
  = 228 780 / 192 970
  ≈ 1,186 g

Praxis-Beispiele

Beispiel 1 — Galvanik: Silberbeschichtung

Eine Gabel soll versilbert werden. Ag (M = 107,87 g/mol, z = 1) bei I = 0,5 A und t = 1 h:

Rechnung Versilberung

m = (107,87 · 0,5 · 3600) / (1 · 96485)
  ≈ 2,012 g

Beispiel 2 — Industrie: Aluminium-Schmelzflusselektrolyse

Al (M = 26,98 g/mol, z = 3) bei I = 200 000 A und t = 24 h:

Rechnung Aluminium-Tagesleistung

m = (26,98 · 200000 · 86400) / (3 · 96485)
  ≈ 1 610 661 g
  ≈ 1611 kg pro Tag

Beispiel 3 — Schule: Wasserstofferzeugung

H₂ (M = 2,016 g/mol, z = 2) bei I = 1 A und t = 10 min:

Rechnung Wasserstoff

m = (2,016 · 1 · 600) / (2 · 96485)
  ≈ 0,00627 g
  ≈ 6,27 mg