ファラデー定数

※以下、数値は概算値とし「約」を省略して記載する

アボガドロ定数とファラデー定数

微小な物質の個数を表す場合、まとまった量として扱うと便利である。

このためアボガドロ定数(6.02×10²³)個の集まりを1molと表す。(物質量という)

原子1molの質量は、原子の重さを表す原子量に[g]を付けた量となる。

電子1個あたりの電荷の大きさは1.602×10^-19Cである。

電子1個あたりの電荷の大きさとアボガドロ定数との積、すなわち電子1molの電気量の大きさは、

(6.02×10²³mol^-1)×(1.602×10^-19C)=96,500 C/mol

となる。

この96,500 C/mol が電気分解におけるファラデーの法則の定数(ファラデー定数)である。

深澤一幸「電験三種なるほど機械」オーム社(2019) p325

電流1Aのとき、1秒あたり1Cの電荷が移動する。

各単位には次の関係がある。

[A]=[C/sec]

例として、アルミナ Al₂O₃ を3kAで15時間電気分解してアルミニウムを作ることを考える。

アルミナからアルミニウムを得るには、融解塩電解を用いる。

融解したアルミナの中には、Al³⁺とO^2- が存在する。

陰極では、Al³⁺が電子を受け取る反応が起きる。(過去のエネルギー管理士試験問題では「3電子反応」と表記)

Al³⁺+3e^–→Al

電荷量は3kA*15h*3600=162000kC

これを電子1molあたりの電荷96500Cで割ると、電子の量は1679molと求まる。

Alは1679/3=560mol析出するから、Alの原子量27を利用し質量[kg]に換算すると、15.1kgとなる。

注：~~分子式のO原子の個数を見て、Al₂O₃は電子3molでAl 2molが析出する~~と考えるのは誤り。アルミニウムAlの反応式を考える。

TryIT「5分でわかる！アルミニウムの精錬」https://www.try-it.jp/chapters-9578/sections-9652/lessons-9669/ 閲覧日2023/12/28