什麼是法拉第定律
電極反應中變化的物質量與流過的電量成正比的定律。溶解或析出的質量以 m = ItM/(nF) 求得。
日文名稱: ファラデーの法則
「法拉第定律」出現在1領域的1道練習題中（腐蝕與表面處理等）。
這個名詞所屬的領域: 腐蝕與表面處理
定律的內容與公式
法拉第電解定律是指：在電極上反應的物質量與流過的電量成正比（第1定律），以相同電量反應的量，與物質的莫耳質量除以反應電子數的值成正比（第2定律）。合起來，電流 I 流過時間 t 時溶解或析出的質量為 m = ItM/(nF)。F 是法拉第常數，相當於1 mol電子的電量 96485 C/mol，等於亞佛加厥常數與基本電荷的乘積 F = N_A·e。法拉第在1830年代由實驗發現了這些關係。
由腐蝕電流到腐蝕速率
腐蝕也是電化學反應，因此只要知道腐蝕電流，就能以法拉第定律換算成腐蝕速率。使用單位面積的電流密度 i 時，厚度減少的速率為 iM/(nFρ)（ρ 為密度）。鐵以 Fe²⁺ 溶解時，1 µA/cm² 的腐蝕電流密度相當於1年約11.6 µm，也就是約0.012 mm/年的減薄。以極化電阻量測或Tafel外插求出腐蝕電流，再以這個換算化為每年的減薄量，是腐蝕評估的標準步驟。重要的是 n 要與實際生成之離子的價數一致。
在電鍍與電解冶煉中的使用
在電鍍中，以法拉第定律估算膜厚。在硫酸銅浴中以 2 A/dm²（0.02 A/cm²）的電流密度電鍍10分鐘，假設電流全部用於銅的析出，約可鍍上4.4 µm的銅。實際上有一部分電流用於氫的生成等，因此要乘上用於析出之比例的電流效率。銅或鋅的酸性浴電流效率高，而鍍鉻的電流效率低是眾所周知的。在鋁的電解冶煉中，製造1 kg的鋁約需2980 Ah的電量，因此會使用大量的電力。
與電池電容量的關係
電池的電容量也由法拉第定律決定。電極材料每1 mol交換 n mol 電子時，單位質量的理論電容量為 nF/M，以 1 mAh = 3.6 C 換算為 nF/(3.6M) mAh/g。石墨的372 mAh/g與LiFePO₄ 的約170 mAh/g，就是由這個計算得到的值。以相同的想法，也能計算犧牲陽極可放出的電量，以及燃料電池由1 mol氫得到的電量（2F）。作為連結電量與物質量的基本關係，它出現在電化學的所有場合。
練習法拉第定律的題目
某鋼管中，鐵以 Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ 溶解的腐蝕電流，平均以0.10 A持續流了1年（365日）。溶解的鐵的質量最接近下列何者？設Fe的莫耳質量為55.85 g/mol，法拉第常數為96485 C/mol。
- A約0.61 kg
- B約0.91 kg
- C約1.8 kg
查看答案與解析
正確答案：B. 約0.91 kg
由法拉第定律，溶解的質量為 m = ItM/(nF)。1年為 365 × 24 × 3600 = 3.15×10⁷ s，因此流過的電量為 Q = 0.10 × 3.15×10⁷ = 3.15×10⁶ C。成為Fe²⁺，所以 n = 2，m = 3.15×10⁶ × 55.85/(2 × 96485) ≈ 913 g，即約0.91 kg。約1.8 kg是把電子數當成 n = 1 的錯誤。約0.61 kg是當成生成Fe³⁺、以 n = 3 計算的錯誤，與題目的反應式不符。即使只有0.10 A的腐蝕電流，1年也會失去將近1 kg的鐵，若集中於局部，足以使管線穿孔。
常見問題
法拉第常數的值與意義是什麼？
約為96485 C/mol，是1 mol電子所帶電量的大小。等於基本電荷 1.602×10⁻¹⁹ C 乘以亞佛加厥常數 6.022×10²³ mol⁻¹ 的值。
公式中的 n 要代入什麼？
是每1個反應物質粒子交換的電子數。Cu²⁺ 析出時為2，Al³⁺ 為3，Ag⁺ 為1。像鐵這樣可能成為 Fe²⁺ 與 Fe³⁺ 兩種的金屬，要配合實際的反應選擇。
析出量為什麼比計算值少？
因為流過的電流有一部分用於氫的生成或雜質的反應等目的以外的反應。這個比例稱為電流效率，把計算值乘上電流效率，就會接近實際的量。
解析中的「法拉第定律」
由法拉第定律，溶解的質量為 m = ItM/(nF)。
某鋼管中，鐵以 Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ 溶解的腐蝕電流，平均以0.10 A持續流了1年（365日）。溶解的鐵的…