ファラデー電気分解 質量計算ツールとは?
このツールは、電解質に電流を流したときに電極へ析出する物質(または気体として発生する物質)の量を、ファラデーの電気分解の法則を使って予測します。物理・化学の普遍的な原理に基づくため、国や地域を問わずどこでも成り立ちます。電気めっき、金属の電解精製、電解採取(エレクトロウィニング)、そして電気化学の学習など、幅広い場面で活用されています。
計算式の解説
生成される質量は次の式で求められます。
$$m = \frac{\text{Current (A)} \cdot \text{Time (s)} \cdot \text{Molar Mass}}{\text{Electrons (n)} \cdot 96485}$$
ここで I は電流(アンペア、A)、t は時間(秒)、M は物質のモル質量(g/mol)、n はイオン1個あたりに移動する電子の数(酸化数の変化量)、F はファラデー定数(96,485 C/mol)です。\(I \cdot t\) の積が総電気量 \(Q\)(クーロン、C)にあたります。\(Q\) を(\(n \cdot F\))で割ると物質量(モル数)が得られ、これに \(M\) を掛けるとグラム単位の質量に換算できます。
使い方
電流、経過時間(秒)、析出させたい元素のモル質量、そしてその半反応における電子数を入力してください。たとえば銅は Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu で析出するため \(n = 2\)、銀は Ag⁺ + e⁻ → Ag なので \(n = 1\) となります。
計算例
銅めっき(\(M = 63.55\) g/mol、\(n = 2\))を 2 A の電流で 1 時間(3600 秒)行う場合:$$Q = 2 \times 3600 = 7200 \text{ C}$$モル数 $$= \frac{7200}{2 \times 96485} = 0.03731 \text{ mol}$$質量 $$= 0.03731 \times 63.55 \approx 2.371 \text{ g}$$ の銅が析出します。
よくある質問(FAQ)
n とは何ですか? 該当する半反応において、イオン1個あたりに授受される電子の数です。酸化数の変化量の絶対値と等しくなります。
気体にも使えますか? はい。水素(2H⁺ + 2e⁻ → H₂)の場合は \(M = 2\) g/mol、\(n = 2\) とすれば H₂ の質量が求められます。必要に応じて理想気体の状態方程式で体積に換算してください。
時間が分や時間単位の場合は? ファラデー定数はクーロン(= アンペア × 秒)を基準とするため、まず秒に換算してください(分は60倍、時間は3600倍)。