Leyes de Faraday

Conjunto de tres leyes que explican los procesos de electrolisis.

Primera ley: la masa de un elemento depositada por electrolisis es directamente proporcional a la intensidad de la corriente que la causa y al tiempo durante el cual circula ésta. La expresión matemática de esta ley es:

M = z · I · t (1)

siendo:

M = Masa depositada del elemento (en gramos)

I = Intensidad de la corriente (en amperios)

t = Tiempo (en segundos)

Por su parte, z es una constante de proporcionalidad que se denomina equivalente electroquímico del elemento. Su valor es:

siendo E el equivalente químico, el cual, por definición, es:

donde P es la masa atómica del elemento y v su valencia. Sustituyendo (3) en (2), se obtiene una nueva expresión del equivalente electroquímico:

Reemplazando en (1) el valor de z dado por (4):

Pero como:

I · t = Q

donde Q es la carga (se expresa en culombios), las igualdades (1) y (5) pueden escribirse como:

Segunda ley: para depositar un equivalente químico de cualquier sustancia se exige el paso de 1 Faraday.

El Faraday es una unidad de carga cuyo valor es:

1 Faraday = 96500 culombios

Así pues, el Faraday es un múltiplo del culombio. Teniendo en cuenta la definición anterior, la segunda ley también puede definirse de esta forma:

El paso de 96500 culombios deposita un equivalente químico de cualquier sustancia.

Tercera ley: cuando una misma corriente atraviesa distintos electrolitos, las masas de las diferentes sustancias liberadas son proporcionales a sus equivalentes químicos.

Problema

Se electroliza una disolución de FeCl3 con una corriente de 5 A durante 2 horas. Hallar:

Masa de Cl2 desprendido.

Masa de FeCl3 descompuesto.

Masas atómicas: Cl = 35,5    ;    Fe = 55,8

Solución. Al disolverse, el FeCl3 se disocia en iones Cl- y en iones Fe3+, los cuales emigran, respectivamente a ánodo y cátodo, verificándose los siguientes procesos:

La carga que se pone en juego es:

Q = I · t ⇒ Q = 5 · 2 · 60 · 60 ⇒ Q = 36000 C

A partir de (1), se puede saber que la obtención de una molécula de cloro, Cl2, requiere 2 electrones, luego:

Puesto que el paso de 96500 culombios deposita un equivalente de cloro, el paso de los 36000 culombios que circulan depositará:

Como se comprueba con (1) y (2), el depósito de una molécula de FeCl3 exige tres electrones (3 para los tres Cl- y 3 para los Fe3+). Por tanto:

O sea:

1 eq (FeCl3) = 54,1 g

Por análogo razonamiento que en el caso anterior, la masa descompuesta de cloruro férrico será: