최종 업데이트: 2026-06-16

패러데이 전기 분해 법칙 이해하기

전류가 전해질을 흐르면 이온이 전극에서 환원되거나 산화되어 물질이 석출되거나 발생합니다. 마이클 패러데이는 1830년대에 반응하는 물질의 양이 흘린 전하에 의해 전적으로 정해진다는 것을 밝혔습니다:

여기서 전하는 그 자체로 전류와 시간의 곱, $Q = I \, t$이므로, $I$ 암페어의 일정한 전류가 $t$초 동안 흐르면 $I \, t$ 쿨롱이 흐릅니다.

패러데이 상수 $F$는 전자 1몰이 운반하는 전하입니다. 전하를 $n \, F$로 나누면 반응한 물질의 몰수가 나오고, 여기에 몰질량을 곱하면 몰수가 질량으로 환산됩니다.

예제

구리 전기 도금 셀이 $I = 2\ \text{A}$로 30분 동안 작동합니다. 구리는 얼마나 석출될까요? 구리는 $\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}$로 도금되므로 $n = 2$이고, 몰질량은 $M = 63.55\ \text{g/mol}$입니다.

먼저 흘린 전하를 시간을 초로 바꿔($30\ \text{min} = 1800\ \text{s}$) 구합니다:

그다음 석출된 구리의 몰수입니다:

마지막으로 질량입니다:

즉 약 1.19 g의 구리가 석출됩니다.

전하가 질량을 정하는 이유

전극에 도달하는 각 이온은 회로로부터 정해진 수의 전자를 받습니다. $\text{Cu}^{2+}$ 이온 하나를 환원하는 데는 두 개의 전자가, $\text{Ag}^+$ 이온 하나에는 한 개가 듭니다. 그래서 석출된 이온 수는 공급된 전자 수를 $n$으로 나눈 값이고, 공급된 전자 수는 전체 전하를 전자 하나의 전하로 나눈 값일 뿐입니다. 개별 입자가 아니라 몰 단위로 세면, 석출된 몰수는 $Q / (n \, F)$와 같습니다. 전극 면적이나 전압, 농도는 이 계산에 들어가지 않습니다—오직 흘러간 전하만이 들어갑니다.

원자가의 영향

$n$이 분모에 있으므로, 더 많은 전자가 필요한 이온일수록 같은 전하에 대해 더 적은 금속을 내놓습니다. 아래 표는 흔한 도금 금속 세 가지에 대해 3,600 C의 전하로 석출되는 질량을 보여 줍니다.

은은 이온당 전자가 하나만 필요하므로, 알루미늄이 더 가벼운 원소임에도 쿨롱당 훨씬 많은 질량을 석출합니다.

실무에서의 활용

전기 도금과 전해 정련에서 이 법칙은 양방향으로 작동합니다. 전류와 시간이 주어지면 코팅 질량을 예측할 수 있고, 그 질량을 도금 면적과 금속의 밀도로 나누면 코팅 두께가 나옵니다. 계산을 거꾸로 돌리면 목표 질량에 도달하는 데 필요한 전류를 정하거나 작동 시간을 설정할 수 있습니다. 실제 셀은 일부 전하가 기체 발생 같은 부반응을 일으키므로 이상값에 조금 못 미칩니다. 원하는 생성물을 실제로 석출하는 전하의 비율을 전류 효율이라고 합니다.