Kalkulator elektrolizy

Q: Czym jest stała Faradaya i dlaczego wynosi 96 485 C/mol?

Stała Faradaya F to całkowity ładunek jednego mola elektronów. Ponieważ jeden elektron niesie ładunek 1,602 × 10⁻¹⁹ C, a jeden mol zawiera 6,022 × 10²³ cząstek, ich iloczyn wynosi około 96 485 C/mol. Ta wartość łączy elektryczność z chemią: przepływ jednego faradaja ładunku (mniej więcej 1 A przez 26,8 godziny) przenosi przez elektrolizer dokładnie jeden mol elektronów.

Q: Czy mogę używać tego kalkulatora dla gazów, takich jak wodór lub tlen?

Tak. Te same równania dają liczbę moli gazu: użyj z = 2 dla H₂ i z = 4 dla O₂ oraz odpowiedniej masy molowej (2,016 lub 32,00 g/mol). Aby uzyskać objętość, pomnóż liczbę moli przez objętość molową w swoich warunkach — 22,4 l/mol w warunkach normalnych (0 °C, 1 atm) lub 24,5 l/mol przy 25 °C — albo zastosuj równanie stanu gazu doskonałego PV = nRT przy innych ciśnieniach i temperaturach.

Q: Co się stanie, jeśli natężenie prądu zmienia się w czasie?

Wzór Q = I · t dotyczy tylko stałego natężenia prądu. Przy zmiennym prądzie najpierw wyznacz ładunek całkowity, całkując natężenie po czasie: Q = int I dt. W prostych przypadkach podziel proces na odcinki o w przybliżeniu stałym natężeniu, oblicz I · t dla każdego z nich i zsumuj. Następnie podziel ładunek całkowity Q przez zF i pomnóż przez M jak zwykle.

Zaktualizowano: 7 października 2026

Oblicz masę osadzoną lub wytworzoną w elektrolizerze, korzystając z praw Faradaya. Wprowadź natężenie prądu, czas, masę molową i liczbę elektronów wymienianych na jednostkę formułą, aby uzyskać ładunek, liczbę moli i masę osadu.

Odkładanie substancji podczas elektrolizy z prawa Faradaya

Wzór na elektrolizę

Wzór

\[ Q = I \cdot t \\ n = \frac{Q}{z \cdot F} \\ m = n \cdot M = \frac{I \cdot t \cdot M}{z \cdot F} \]

Gdzie:

\(Q\) — ładunek elektryczny przepływający przez elektrolizer (kulomby)
\(I\) — natężenie prądu (ampery)
\(t\) — czas przepływu prądu (sekundy)
\(z\) — liczba elektronów wymienianych na jednostkę formułą produktu
\(F\) — stała Faradaya, \(96\,485.33\ \text{C/mol}\)
\(n\) — liczba moli powstałego produktu (mol)
\(M\) — masa molowa produktu (g/mol)
\(m\) — teoretyczna masa osadu (g)

Równania te wyrażają prawa elektrolizy Faradaya: ilość substancji wytworzonej na elektrodzie jest wprost proporcjonalna do ilości ładunku elektrycznego, jaki przepłynął przez elektrolizer.

Elektroliza — przykład obliczenia

Przykład: blaszka miedziana jest elektrolitycznie pokrywana miedzią w kąpieli CuSO₄. Prąd o natężeniu 2 A płynie przez 30 minut. Miedź (\(M = 63.546\) g/mol) wydziela się z jonów Cu²⁺, więc \(z = 2\).

\[ Q = I \cdot t = 2\ \text{A} \times 1800\ \text{s} = 3600\ \text{C} \]

\[ n = \frac{Q}{z \cdot F} = \frac{3600}{2 \times 96\,485.33} = 0.018656\ \text{mol} \]

\[ m = n \cdot M = 0.018656 \times 63.546 \approx 1.1855\ \text{g} \]

Wynik: przepłynął ładunek 3600 C, co dało 0,018656 mola miedzi, co odpowiada około 1,1855 g miedzi osadzonej na elektrodzie.

Jak korzystać z kalkulatora elektrolizy

Wprowadź Natężenie prądu płynącego przez elektrolizer i wybierz jednostkę (A lub mA) z listy rozwijanej.
Wprowadź Czas przepływu prądu i wybierz sekundy, minuty lub godziny.
Wprowadź Masę molową osadzanej lub wytwarzanej substancji w g/mol (np. 63,546 dla Cu, 107,868 dla Ag).
Wprowadź liczbę Elektronów na jednostkę produktu (\(z\)): 1 dla Ag⁺ → Ag, 2 dla Cu²⁺ → Cu, 3 dla Al³⁺ → Al.
Odczytaj wyniki: Ładunek elektryczny w kulombach, Liczba moli produktu oraz Teoretyczna masa osadu w gramach.

Czym jest elektroliza?

Elektroliza to proces chemiczny, w którym prąd stały wymusza przebieg samorzutnie nie zachodzącej reakcji redoks. W elektrolizerze jony wędrują w stronę elektrod: jony dodatnie (kationy) przyjmują elektrony na katodzie, a jony ujemne (aniony) oddają elektrony na anodzie. W ten sposób metalizuje się powierzchnie, rozkłada wodę na wodór i tlen oraz produkuje się przemysłowo czysty glin i chlor.

Ilościową zależność między elektrycznością a przemianą chemiczną opisują prawa Faradaya. Pierwsze prawo mówi, że masa substancji przemienionej na elektrodzie jest proporcjonalna do ilości przepływającego ładunku. Drugie prawo mówi, że przy tym samym ładunku ilości różnych wytworzonych substancji są proporcjonalne do ich równoważników chemicznych (masa molowa podzielona przez \(z\)). Łącznie dają jedno równanie, które realizuje ten kalkulator: \(m = \frac{I \cdot t \cdot M}{z \cdot F}\).

Trzy wyniki wynikają z siebie nawzajem. Ładunek \(Q\) mówi, ile elektryczności faktycznie przepłynęło. Podzielenie przez \(z \cdot F\) przelicza ten ładunek na mole produktu — jeden mol elektronów (96 485 C) redukuje jeden mol jonów jednoładunkowych, pół mola jonów dwuładunkowych i tak dalej. Pomnożenie przez masę molową daje wreszcie masę, jakiej można się spodziewać na elektrodzie, w gramach.

Jeśli chcesz porównać obliczony teoretyczny osad z tym, co faktycznie zmierzono na elektrodzie, wynik możesz wyrazić procentowo za pomocą kalkulatora wydajności reakcji. Aby zrozumieć, która forma reaguje na danej elektrodzie, kalkulator równoważenia reakcji redoks pomoże ustalić półreakcje i wartość \(z\).

Typowe wartości z i M

Półreakcja	z	M (g/mol)
Ag⁺ + e⁻ → Ag	1	107.868
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu	2	63.546
Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn	2	65.38
Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni	2	58.693
Al³⁺ + 3e⁻ → Al	3	26.982
2H⁺ + 2e⁻ → H₂	2	2.016

Założenia i ograniczenia

100% sprawność prądowa: kalkulator zakłada, że każdy elektron trafia do reakcji docelowej. W rzeczywistych elektrolizerach reakcje uboczne (np. wydzielanie wodoru) pochłaniają część prądu, więc faktyczny osad jest mniejszy. Jeśli znasz współczynnik sprawności, podziel masę teoretyczną przez jego wartość.
Stały prąd: wzór dotyczy stałego prądu elektrycznego. Przy zmiennym natężeniu najpierw scałkuj \(I\) po czasie, aby wyznaczyć \(Q\), a następnie użyj \(n = Q/(zF)\).
Jeden produkt na elektrodę: jeśli kilka jonów konkuruje o tę samą elektrodę, w zauważalnym stopniu przebiega tylko reakcja preferowana i obliczenia należy zastosować właśnie do niej.
Produkty gazowe: dla gazów takich jak H₂ lub O₂ te same równania dają liczbę moli; na objętość przelicz, korzystając z równania stanu gazu doskonałego lub objętości molowej w swoich warunkach (zobacz kalkulator połączonego prawa gazowego).
Znak wartości: wprowadzaj wartość bezwzględną natężenia prądu. Kierunek reakcji (osadzanie lub roztwarzanie) zależy od tego, którą elektrodę rozważasz.

Praktyczne wskazówki

Do szybkich obliczeń zapamiętaj, że 1 mol elektronów ≈ 96 500 C, więc prąd o natężeniu 1 A przez około 26,8 godziny dostarcza jeden faradaj ładunku.
W galwanizerniach masę często przelicza się na grubość powłoki: podziel masę osadu przez powierzchnię pokrywaną i gęstość metalu.
Gdy zamiast masy osadu potrzebne jest stężenie roztworu — na przykład po rozpuszczeniu produktu — obliczenia dokończy kalkulator stężenia molowego lub kalkulator stężenia normalnego.

Najczęściej zadawane pytania

Jak obliczyć masę osadu w elektrolizie ręcznie?

Pomnóż natężenie prądu przez czas w sekundach, aby uzyskać ładunek: \(Q = I \cdot t\). Podziel przez iloczyn liczby przenoszonych elektronów \(z\) i stałej Faradaya (96 485 C/mol), aby uzyskać liczbę moli: \(n = Q/(zF)\). Na koniec pomnóż przez masę molową \(M\): \(m = n \cdot M\). Przykład: 2 A przez 30 min z Cu²⁺ daje \(3600/(2 \times 96485) \times 63.546 \approx 1.19\) g miedzi.

Czym jest stała Faradaya i dlaczego wynosi 96 485 C/mol?

Stała Faradaya \(F\) to całkowity ładunek jednego mola elektronów. Ponieważ jeden elektron niesie ładunek 1,602 × 10⁻¹⁹ C, a jeden mol zawiera 6,022 × 10²³ cząstek, ich iloczyn wynosi około 96 485 C/mol. Ta wartość łączy elektryczność z chemią: przepływ jednego faradaja ładunku (mniej więcej 1 A przez 26,8 godziny) przenosi przez elektrolizer dokładnie jeden mol elektronów.

Jak znaleźć wartość z (liczbę przenoszonych elektronów) dla mojej reakcji?

Zrównoważ półreakcję i policz elektrony po jednej stronie. Ag⁺ + e⁻ → Ag ma \(z = 1\); Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu ma \(z = 2\); Al³⁺ + 3e⁻ → Al ma \(z = 3\). Dla O₂ z wody (2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻) \(z = 4\) na cząsteczkę. Ładunek jonu to dobry skrót przy osadzaniu metali, ale dla złożonych form, np. nadmanganianu czy dwuchromianu, zawsze sprawdź zrównoważoną półreakcję.

Jak przeliczyć masę osadu na grubość powłoki?

Podziel masę przez powierzchnię pokrywaną, aby uzyskać masę na jednostkę powierzchni, a następnie podziel przez gęstość metalu. Na przykład 1,1855 g miedzi rozłożone na 50 cm² daje 0,02371 g/cm²; podzielenie przez gęstość miedzi (8,96 g/cm³) daje około 26,5 µm powłoki. Działa to tylko wtedy, gdy osad jest jednolity, co w praktyce wymaga dobrego mieszania i właściwego ustawienia elektrod.

Dlaczego faktyczna masa osadu jest mniejsza od obliczonej?

Kalkulator zakłada 100% sprawności prądowej, ale w rzeczywistych elektrolizerach część prądu pochłaniają reakcje uboczne — najczęściej wydzielanie wodoru konkurujące z osadzaniem metalu. Jeśli faktyczna masa wynosi 85% wartości teoretycznej, sprawność prądowa wynosi 85%. Możesz ją oszacować jako (masa faktyczna ÷ masa teoretyczna) × 100% i uwzględnić w przyszłych obliczeniach, dzieląc masę teoretyczną przez sprawność.

Czy mogę używać tego kalkulatora dla gazów, takich jak wodór lub tlen?

Tak. Te same równania dają liczbę moli gazu: użyj \(z = 2\) dla H₂ i \(z = 4\) dla O₂ oraz odpowiedniej masy molowej (2,016 lub 32,00 g/mol). Aby uzyskać objętość, pomnóż liczbę moli przez objętość molową w swoich warunkach — 22,4 l/mol w warunkach normalnych (0 °C, 1 atm) lub 24,5 l/mol przy 25 °C — albo zastosuj równanie stanu gazu doskonałego \(PV = nRT\) przy innych ciśnieniach i temperaturach.

Co się stanie, jeśli natężenie prądu zmienia się w czasie?

Wzór \(Q = I \cdot t\) dotyczy tylko stałego natężenia prądu. Przy zmiennym prądzie najpierw wyznacz ładunek całkowity, całkując natężenie po czasie: \(Q = \int I\,dt\). W prostych przypadkach podziel proces na odcinki o w przybliżeniu stałym natężeniu, oblicz \(I \cdot t\) dla każdego z nich i zsumuj. Następnie podziel ładunek całkowity \(Q\) przez \(zF\) i pomnóż przez \(M\) jak zwykle.