Количественно электролиз описал Майкл Фарадей (30-е годы XIX века). Его законы позволяют рассчитывать выход продуктов электролизных реакций.

I Закон Фарадея: масса электролита, подвергшаяся превращению при электролизе, а также массы веществ, выделившихся на электродах, прямо пропорциональны количеству прошедшего через раствор (расплав) электричества Q:

`m=K*Q` ,

где K – электрохимический эквивалент вещества, численно равный массе вещества, выделившегося при пропускании через электролит 1 кулона электричества, г/Кл.

II Закон Фарадея: одинаковые количества электричества выделяют на электродах массы (объемы) веществ, прямо пропорциональные молярным массам их химических эквивалентов:

`m_1/m_2 = M_(e_1)/M_(e_2)`

(1.5)

где m₁, `M_(e_1)` – масса и молярная масса эквивалента вещества, выделившегося на одном электроде, а m₂, `M_{e_2}` – на другом электроде.

Для расчета объемов газов, выделяющихся на электродах, II закон записывают в виде

`m_1/V_2=M_{e_1}/V_{e_2}`

(1.6)

где m₁, `M_{e_1}`, – масса и молярная масса эквивалента вещества, выделившегося на одном электроде, а V₂, `V_{e_2}` – объем и эквивалентный объем газа, выделившегося на другом электроде.

Из II закона следует, что для электрохимического превращения 1 моль экв вещества требуется одинаковое количество электричества F, называемое постоянной Фарадея, или электрическим эквивалентом, и равное 96500 Кл/моль (26,8 А·ч). На основании II закона `K=M_e/F` .

Законы Фарадея объединяет следующее их математическое выражение:

`m=M_e/F*Q`

(1.7)

а так как

`Q=I*\tau`

то объединенный закон Фарадея записывают в виде

`m=M_e/F*I*\tau`

(1.8)

где m – масса вещества, выделившегося (или подвергшегося превращению) на электроде, г; `M_e` – молярная масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока, А; `\tau` – время, с (ч); Q – количество электричества, Кл (А·ч).

Объемы газов, образующихся при электролизе, вычисляют по уравнению

`V_r={V_e*I*\tau}/F`
,

(1.9)

где `V_e` – эквивалентный объем газообразного вещества, л/моль.

Часто масса вещества, реально выделившегося при электролизе, оказывается меньше, чем рассчитанная теоретически, в соответствии с законами Фарадея. Причина этого явления в том, что кроме основных электродных процессов при электролизе протекают параллельные реакции (например, восстановление или окисление молекул воды). Поэтому важной характеристикой электролиза является выход по току η, вычисляемый согласно уравнению:

`\eta={m*F}/{M_e*I*\tau}*100%`,

(1.10)

Физический смысл выхода по току: η – это отношение массы вещества, выделенного при реальных условиях электролиза, к массе, вычисленной теоретически по законам Фарадея.

Электролиз – это окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании через раствор (расплав) электролита постоянного электрического тока от внешнего источника. Ионы электролита под действием тока приобретают направленное движение: катионы перемещаются к катоду, анионы – к аноду. Анионы окисляются, отдавая электроны аноду, катионы принимают электроны от катода и восстанавливаются.

Фарадей (Faraday), Майкл (22 сентября 1791 г. – 25 августа 1867 г.)

Английский физик Майкл Фарадей родился в предместье Лондона в семье кузнеца. Окончив начальную школу, с двенадцати лет он работал разносчиком газет, а в 1804 г. поступил в ученики к переплетчику Рибо, французскому эмигранту, всячески поощрявшему страстное стремление Фарадея к самообразованию. В 1813–1815 гг., путешествуя по Европе, Фарадей посетил лаборатории Франции и Италии. После возвращения в Англию научная деятельность Фарадея протекала в стенах Королевского института. Фарадей осуществил сжижение хлора и некоторых других газов, получил бензол. В 1821 г. он впервые наблюдал вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, создал первую модель электродвигателя. В течение последующих 10 лет Фарадей занимался исследованием связи между электрическими и магнитными явлениями. Его исследования увенчались открытием в 1831 г. явления электромагнитной индукции. Стремление выявить природу электрического тока привело Фарадея к экспериментам по прохождению тока через растворы кислот, солей и щелочей. Результатом этих исследований стало открытие в 1833 г. законов электролиза (законы Фарадея). В 1845 г. Фарадей обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). В том же году он открыл диамагнетизм, в 1847 г. – парамагнетизм. Фарадей ввёл в науку ряд понятий – катода, анода, ионов, электролиза, электродов; в 1833 г. он изобрел вольтметр. В 1832 г. Фарадей высказал мысль о том, что распространение электромагнитных взаимодействий есть волновой процесс, происходящий с конечной скоростью; в 1845 г. он впервые употребил термин «магнитное поле».