So nutzen Sie den Elektrolyse-Rechner
Mit dem kostenlosen Elektrolyse-Rechner bestimmen Sie die quantitativen Größen elektrochemischer Prozesse nach den Faradayschen Gesetzen in wenigen einfachen Schritten:
- Gesuchte Größe wählen — Legen Sie fest, welche physikalische Größe der Elektrolyse-Rechner ermitteln soll: die abgeschiedene Masse ($m$), die benötigte Zeit ($t$), die erforderliche Stromstärke ($I$) oder die elektrische Ladung ($Q$).
- Stoff auswählen oder anpassen — Wählen Sie eine hinterlegte Stoff-Vorauswahl (z. B. Kupfer, Silber, Nickel, Zink, Aluminium oder Wasserstoff) oder tragen Sie im benutzerdefinierten Modus die molare Masse ($M$ in g/mol) und die Wertigkeit ($z$) manuell in den Elektrolyse-Rechner ein.
- Messwerte eingeben — Geben Sie die bekannten Werte für Stromstärke in Ampere (A), Zeitdauer (mit Einheitenumschaltung zwischen s, min und h) oder Zielmasse in Gramm ein.
- Ergebnisse ablesen — Der Elektrolyse-Rechner liefert unmittelbar das Hauptergebnis sowie die umgesetzte Stoffmenge in Mol und die geflossene elektrische Gesamtladung in Coulomb.
Faradaysche Gesetze & mathematische Formeln im Elektrolyse-Rechner
Die quantitative Elektrochemie basiert auf den beiden 1834 von Michael Faraday formulierten Gesetzen. Im Elektrolyse-Rechner sind diese Beziehungen in einer geschlossenen Formel zusammengeführt:
$$m = \frac{I \cdot t \cdot M}{z \cdot F}$$
Die Formelgrößen und ihre physikalischen Einheiten:
- $m$ = Abgeschiedene bzw. umgesetzte Masse des Stoffes (in Gramm, g)
- $I$ = Elektrische Stromstärke (in Ampere, A)
- $t$ = Dauer der Elektrolyse (in Sekunden, s)
- $M$ = Molare Masse der Substanz (in g/mol)
- $z$ = Anzahl der pro Ion übertragenen Elektronen (Wertigkeit)
- $F$ = Faraday-Konstante ($\approx 96.485\ \text{C/mol}$ bzw. $\text{As/mol}$)
Umgestellte Rechenmodi
Für flexible Aufgabenstellungen nutzt der Elektrolyse-Rechner die folgenden Umstellungen der Grundgleichung:
| Gesuchte Größe | Berechnungsformel im Elektrolyse-Rechner | Einheit |
|---|---|---|
| Abgeschiedene Masse ($m$) | $m = \frac{I \cdot t \cdot M}{z \cdot F}$ | Gramm (g) |
| Benötigte Zeit ($t$) | $t = \frac{m \cdot z \cdot F}{I \cdot M}$ | Sekunden (s), min, h |
| Erforderliche Stromstärke ($I$) | $I = \frac{m \cdot z \cdot F}{t \cdot M}$ | Ampere (A) |
| Elektrische Ladung ($Q$) | $Q = I \cdot t$ | Coulomb (C = A·s) |
| Stoffmenge ($n$) | $n = \frac{Q}{z \cdot F} = \frac{m}{M}$ | Mol (mol) |
Beispiel: Galvanische Verkupferung im Elektrolyse-Rechner
Angenommen, ein Werkstück soll galvanisch mit Kupfer überzogen werden. Bei einer Stromstärke von $I = 5{,}0\ \text{A}$ läuft die Elektrolyse über einen Zeitraum von $t = 30\ \text{Minuten}$ ($1.800\ \text{Sekunden}$). Kupfer scheidet sich aus einer $\text{Cu}^{2+}$-Lösung ab ($z = 2$, $M = 63{,}546\ \text{g/mol}$).
- Ladung berechnen: $Q = 5{,}0\ \text{A} \cdot 1.800\ \text{s} = 9.000\ \text{C}$.
- Werte einsetzen: $m = \frac{9.000\ \text{C} \cdot 63{,}546\ \text{g/mol}}{2 \cdot 96.485\ \text{C/mol}}$.
- Masse ausgeben: $m \approx 2{,}964\ \text{g}$ Kupfer.
Der Elektrolyse-Rechner führt diese Rechenschritte automatisch in Echtzeit durch und schlüsselt alle Teilergebnisse übersichtlich auf.
Typische Anwendungsbereiche für den Elektrolyse-Rechner
Der Elektrolyse-Rechner unterstützt Schüler, Studierende, Lehrkräfte sowie Ingenieure in zahlreichen Fachbereichen:
- Galvanotechnik & Oberflächenveredelung — Exakte Ermittlung von Beschichtungszeiten und Schichtdicken beim Vergolden, Versilbern, Verzinken oder Verchromen.
- Chemieunterricht & Vorlesungen — Schnelles Nachrechnen von Übungsaufgaben zu den Faradayschen Gesetzen und zur Stöchiometrie von Redoxreaktionen.
- Wasserstofferzeugung (Wasserelektrolyse) — Berechnung des erzeugten Gasvolumens und der theoretisch benötigten Strommenge bei der Elektrolyse von Wasser.
- Industrielle Schmelzflusselektrolyse — Abschätzung des Energie- und Zeitbedarfs bei der großtechnischen Gewinnung von Aluminium, Natrium oder Chlor.
- Batterie- & Akkuforschung — Bestimmung theoretischer Kapazitäten und coulometrischer Wirkungsgrade in elektrochemischen Energiespeichern.