خطوات الاستخدام
أدخل شدة التيار الكهربائي (I) بالأمبير. يمثل التيار كمية الشحنة المتدفقة خلال الدائرة لكل وحدة زمن. كلما زاد التيار، زادت كمية المادة المترسبة أو المنطلقة.
أدخل الزمن (t) بالثواني. مدة مرور التيار تحدد الشحنة الكلية Q = I × t. يجب تحويل الزمن إلى ثوانٍ إذا كان بوحدات أخرى (ساعة = 3600 ثانية).
أدخل الكتلة المولية (M) للمادة بالجرام لكل مول. يمكن إيجادها من الجدول الدوري. مثلاً، الفضة Ag = 107.87 g/mol، النحاس Cu = 63.55 g/mol.
أدخل عدد الإلكترونات (n) المتبادلة لكل أيون أو جزيء. يعتمد على تفاعل الأكسدة-اختزال. مثلاً، Ag⁺ + e⁻ → Ag: n=1، Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu: n=2.
احسب الكتلة (m) بالجرام باستخدام قانون فاراداي الأول: m = (Q × M) / (n × F)، حيث F = 96485.33212 كولوم/مول (ثابت فاراداي). النتيجة هي كتلة المادة المتكونة أو المستهلكة.
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على قوانين فاراداي للتحليل الكهربائي بخطوات الحل كاملة.
الحل
نحسب أولاً الشحنة الكلية: Q = I × t = 2 A × 3600 s = 7200 C. ثم نطبق قانون فاراداي: m = (Q × M) / (n × F) = (7200 × 107.87) / (1 × 96485.33212). نحسب البسط: 7200 × 107.87 = 776,664. نقسم على المقام: 776,664 / 96485.33212 ≈ 8.05 جرام. إذن، تترسب حوالي 8.05 جرام من الفضة. هذا مثال تطبيقي على الطلاء الكهربائي (electroplating) حيث يُستخدم لحماية المعادن أو تزيينها.
الحل
الشحنة الكلية: Q = 5 A × 1800 s = 9000 C. باستخدام القانون: m = (9000 × 63.55) / (2 × 96485.33212) = (571,950) / (192,970.66424) ≈ 2.96 جرام. يُستخدم هذا في التعدين الكهربائي (electrowinning) لإنتاج النحاس النقي. لاحظ أن n=2 لكل أيون نحاس Cu²⁺، مما يقلل الكتلة الناتجة مقارنة بالفضة التي تحتاج إلكتروناً واحداً.
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة قوانين فاراداي للتحليل الكهربائي.
قيم مُدخَلة قياسية
- التيار الكهربائي
- 2
- t
- 3,600
- M
- 63.5
- n
- 2
قيم مُدخَلة مرتفعة
- التيار الكهربائي
- 3.4
- t
- 24
- M
- 107.95
- n
- 3.4
قيم مُدخَلة منخفضة
- التيار الكهربائي
- 0.4
- t
- 1
- M
- 12.7
- n
- 0.4