La loi de Faraday stipule que la quantité de substance déposée sur une électrode pendant l'électrolyse est directement proportionnelle à la quantité de charge traversant l'électrode. La quantité de charge est déterminée par le nombre d'électrons transférés.
La formule de la loi de Faraday est :
$$m =\frac{MIt}{nF}$$
où:
- m est la masse de la substance déposée (en grammes)
- M est la masse molaire de la substance (en grammes par mole)
- I est le courant (en ampères)
- t est le temps (en secondes)
- n est le nombre d'électrons transférés par atome ou molécule de la substance
- F est la constante de Faraday (96 485 coulombs par mole)
Dans le cas du cuivre, la masse molaire est de 63,55 grammes par mole et chaque atome de cuivre nécessite le dépôt de deux électrons.
En substituant les valeurs données dans la formule, nous obtenons :
$$6,35 g =\frac{63,55 g/mol \times I \times t}{2mol \times 96 485 C/mol}$$
En résolvant I, on obtient :
$$I =\frac{6,35 g \times 2 mol \times 96 485 C/mol}{63,55 g/mol \times t}$$
Cette équation nous donne le courant nécessaire pour déposer 6,35 grammes de cuivre en un temps donné. Le nombre d'électrons requis peut être calculé en multipliant le courant par le temps et en divisant par la constante de Faraday :
$$n =\frac{I \times t}{F}$$
En substituant la valeur calculée de I, on obtient :
$$n =\frac{(6,35 g \times 2 mol \times 96 485 C/mol)/(63,55 g/mol \times t) \times t}{96 485 C/mol}$$
En simplifiant, on obtient :
$$n =\frac{6,35 g \times 2 mol}{63,55 g/mol}$$
$$n =0,2 mol$$
Il faudrait donc 0,2 mole d’électrons pour déposer 6,35 grammes de cuivre à la cathode lors de l’électrolyse d’une solution aqueuse de sulfate de cuivre.
