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Le leggi di Faraday sull'elettrolisi sono due leggi pubblicate da Michael Faraday nel 1833 sul processo dell'elettrolisi.^[1]

Enunciato delle leggi

1ª legge di Faraday sull'elettrolisi: La massa di una sostanza prodotta in corrispondenza di un elettrodo durante l'elettrolisi è direttamente proporzionale alla quantità di carica trasferita nella cella elettrolitica.

2ª legge di Faraday sull'elettrolisi: La medesima quantità di carica elettrica, fatta passare attraverso più soluzioni di elettroliti diversi, produce, o fa consumare, un ugual numero di equivalenti chimici di questi elettroliti.

Indicando con M₁, M₂, M₃ (e così via) le masse prodotte o consumate agli elettrodi di una serie di celle elettrolitiche e con m_eq1, m_eq2, m_eq3 (e così via) le masse equivalenti di ogni sostanza, si osserva che il rapporto tra massa e massa equivalente è uguale in ogni cella:

{\frac {M_{1}}{m_{eq1}}}={\frac {M_{2}}{m_{eq2}}}={\frac {M_{3}}{m_{eq3}}}=\cdots

Formula

Le leggi di Faraday sono riassunte nella legge:^[2]

m={\frac {Mq}{ZF}}

dove:

m è la massa totale depositata sul catodo;
M è la massa molare della sostanza depositata;
q è la carica elettrica totale associata ai portatori di carica che attraversano la soluzione;
Z è la valenza degli ioni della sostanza (cariche trasferite per ione);
F è la costante di Faraday (pari a 96485 C/mol).

dividendo massa molare e costante di Faraday per il numero di Avogadro si ottiene l'espressione nelle costanti fisiche fondamentali:

M={\frac {mq}{Ze}}

dove rispetto a prima:

M è la massa molecolare della sostanza depositata;
e è la carica elementare, e corrisponde a quella di ciascun portatore;

La carica totale q è data dall'integrale della corrente elettrica I(t) rispetto al tempo t:^[3]

Q=\int _{0}^{\Delta t}I(t)dt

dove Δt è la durata totale del processo di elettrolisi.

Nel semplice caso in cui sia noto il valore medio $\langle I\rangle$ della corrente per la durata dell'elettrolisi, la carica si esprime semplicemente:

Q=\langle I\rangle \,\Delta t

quindi la quantità di sostanza prodotta, pari a: $n=m/M$ , si può riesprimere come:

n={\frac {\langle I\rangle \Delta t}{ZF}}

Note

^ Hamann, p. 7.
^ Hamann, p. 8.
^ Le parentesi nella quantità I(t) non indicano la moltiplicazione. Questa notazione va letta come: "Corrente, I, in funzione del tempo, t".

Bibliografia

(EN) Serway, Moses, and Moyer, Modern Physics, terza edizione (2005).
(EN) Carl H. Hamann, Andrew Hamnett, Wolf Vielstich, Electrochemistry, 2ª ed., Wiley-VCH, 2007, ISBN 3-527-31069-X.