Zuletzt aktualisiert: 2026-06-16

Das Faradaysche Elektrolysegesetz verstehen

Wenn ein elektrischer Strom durch einen Elektrolyten fließt, werden Ionen an den Elektroden reduziert oder oxidiert und Stoff wird abgeschieden oder freigesetzt. Michael Faraday zeigte in den 1830er-Jahren, dass die Menge des umgesetzten Stoffes vollständig durch die geflossene elektrische Ladung bestimmt ist:

Die Ladung ist dabei selbst die Stromstärke multipliziert mit der Zeit, $Q = I \, t$, sodass ein stetiger Strom von $I$ Ampere über $t$ Sekunden $I \, t$ Coulomb durchleitet.

Die Faraday-Konstante $F$ ist die Ladung, die ein Mol Elektronen trägt. Die Division der Ladung durch $n \, F$ ergibt die Stoffmenge des umgesetzten Stoffes, und die Multiplikation mit der molaren Masse wandelt die Stoffmenge in eine Masse um.

Rechenbeispiel

Eine galvanische Verkupferungszelle läuft bei $I = 2\ \text{A}$ über 30 Minuten. Wie viel Kupfer scheidet sich ab? Kupfer scheidet sich gemäß $\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}$ ab, also $n = 2$, und seine molare Masse beträgt $M = 63.55\ \text{g/mol}$.

Zunächst die geflossene Ladung, mit der Zeit in Sekunden ($30\ \text{min} = 1800\ \text{s}$):

Dann die Stoffmenge an abgeschiedenem Kupfer:

Schließlich die Masse:

Es scheiden sich also rund 1,19 g Kupfer ab.

Warum die Ladung die Masse bestimmt

Jedes Ion, das an der Elektrode ankommt, nimmt eine feste Anzahl Elektronen aus dem Stromkreis auf. Die Reduktion eines $\text{Cu}^{2+}$-Ions erfordert zwei Elektronen; die Reduktion eines $\text{Ag}^+$-Ions ein einziges. Die Zahl der abgeschiedenen Ionen ist somit die Zahl der gelieferten Elektronen geteilt durch $n$, und die Zahl der gelieferten Elektronen ist einfach die Gesamtladung geteilt durch die Ladung eines einzelnen Elektrons. Rechnet man in Mol statt in einzelnen Teilchen, ist die abgeschiedene Stoffmenge gleich $Q / (n \, F)$. Weder die Elektrodenfläche noch die Spannung noch die Konzentration gehen in die Zählung ein — nur die geflossene Ladung.

Der Einfluss der Wertigkeit

Da $n$ im Nenner steht, liefert ein Ion, das mehr Elektronen benötigt, bei gleicher Ladung weniger Metall. Die folgende Tabelle zeigt die Masse, die 3.600 C Ladung für drei verbreitete Galvanikmetalle abscheiden.

Silber, das nur ein Elektron pro Ion benötigt, scheidet weit mehr Masse pro Coulomb ab als Aluminium, obwohl Aluminium das leichtere Element ist.

Das Gesetz in der Praxis

In Galvanik und Elektroraffination funktioniert das Gesetz in beide Richtungen. Aus Stromstärke und Zeit lässt sich die Schichtmasse vorhersagen, und die Division dieser Masse durch die galvanisierte Fläche und die Dichte des Metalls ergibt die Schichtdicke. Rückwärts gerechnet lassen sich die Stromstärke oder die Laufzeit bestimmen, die zum Erreichen einer Zielmasse nötig sind. Reale Zellen bleiben etwas hinter dem Ideal zurück, weil ein Teil der Ladung Nebenreaktionen wie die Gasentwicklung antreibt; der Anteil der Ladung, der tatsächlich das gewünschte Produkt abscheidet, heißt Stromausbeute.