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Leyes de Faraday de la electrólisis

Michael Faraday, por Thomas Phillips c. 1841-1842.

Las leyes de Faraday de la electrólisis expresan relaciones cuantitativas basadas en las investigaciones electroquímicas publicadas por Michael Faraday en 1834.[1]

Enunciado de las leyesEditar

Varias versiones del enunciado de las leyes se pueden encontrar en los libros de texto y la literatura científica. La más utilizada es la siguiente:

  • Primera ley de Faraday de la electrólisis: La masa de una sustancia depositada en un electrodo durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad transferida a este electrodo. La cantidad de electricidad se refiere a la cantidad de carga eléctrica, que en general se mide en coulombs.
 
  • Segunda ley de Faraday de la electrólisis: Para una determinada cantidad de electricidad (carga eléctrica), la masa depositada de una especie química en un electrodo , es directamente proporcional al peso equivalente del elemento. El peso equivalente de una sustancia es su masa molar dividido por un entero que depende de la reacción que tiene lugar en el material, este número representa la cantidad de moles de electrones puestos en juego en la reacción de óxido-reducción.

Forma matemáticaEditar

La leyes de Faraday se pueden resumir en la forma moderna:

 

donde:

  •   es la masa de la sustancia producida en el electrodo (en gramos).
  •   es la carga eléctrica total que pasó por la solución (en coulombs).
  •   es la constante de Faraday.
  •   es la masa molar de la sustancia (en gramos por mol).
  •   es el número de valencia de la sustancia como ion en la solución (electrones por ion).

Nótese que   es el peso equivalente de la sustancia alterada.

Para la primera ley de Faraday, dado que  ,   y   son constantes,  .

Para la segunda ley, si  ,   y   son constantes,  


En el caso que la electrólisis tenga lugar en corriente continua:

 

donde:

Sustituyendo esta expresión para la carga   en la ecuación anterior, obtenemos:

 

y por lo tanto, como  :

 

donde:


En el caso que la corriente varíe en el tiempo, la intensidad instantánea se define como:

 

Integrando, obtenemos que la carga total es[2]​:

 

donde:

  •   es el instante de tiempo inicial.
  •   es el instante de tiempo final.

Notas y referenciasEditar

  1. Ehl, Rosemary Gene; Ihde, Aaron (1954). «Faraday's Electrochemical Laws and the Determination of Equivalent Weights». Journal of Chemical Education 31 (May): 226-232. Bibcode:1954JChEd..31..226E. doi:10.1021/ed031p226. 
  2. Strong, Frederick C. (febrero de 1961). «Faraday's laws in one equation». Journal of Chemical Education 38 (2): 98. doi:10.1021/ed038p98.