六、电解定律的创立

发现电磁感应定律后，法拉第又对电现象进行了大量广泛而深入的研究。他有一个坚定的信念——大自然是统一的、和谐的。

大自然中万物纷呈，变化无穷。电，能生光、生热、生磁，引起各种化学反应；反过来化学作用也能产生电，磁也能产生电。法拉第以为，所谓的电、光、热、磁，以及化学亲和力、万有吸引力——这些无所不在、千变万化的力，实质上是源于大自然的同一的力。它们只不过是名称不同、表现形式各异罢了。

根据这个认识，法拉第开始研究电的统一性。到那时候为止，除了雷电之外，已经发现的有五种不同来源的电——摩擦电、伏打电、热电、动物电和磁感应电。这五种电有相同的地方，也有不相同的地方。有人认为它们是同一种东西，有人则认为不是。众说纷纭，莫衷一是。法拉第对这五种电进行了全面的考察。将电的效应归纳为静电的与电流的两大类；电流的效应又分为发热、磁、化学分解、生理效应、电火花五种。法拉第根据自己的实验结果，证明了前三种电有静电与电流的全部效应；动物电显示了生理、磁、化学等三种效应；热电只显示生理效应和磁效应。他把这几种电间的差别归因于“电量”和“强度”的不同，而不是本质的不同。于是，法拉第得出了结论“不论电的来源如何，它们的本性都是相同的。”法拉第用电的同一性为他的信念——“自然是统一的”提供了有力的论据。

电的同一性研究直接导致法拉第发现了电解定律。

今天我们都知道，物质都是由分子组成的，而分子则由原子组成（也有一些单原子分子）。分子是保持物质化学性质的最小颗粒。原子是由带正电的原子核与带负电的电子组成的，原子间之所以能够化合，就是靠着电的引力。以上的结论，现在听起来很简单，但却是几代科学家（法拉第就是其中的一员）耗尽心血，研究、实验、探索，最终才认识到的。

世纪初，人类对电的研究还很粗浅，对于物质结构与电的关系，更是茫然无知。电是什么？物质是什么？电、物质结构与化学变化之间又有何关系？对于这些问题，各国科学家争论不休。有人认为，电就是一种微粒，构成了物质；有人认为，电是物质微粒的一种振动，就像热那样；有人则提出：电是流体。德国科学家格罗图斯提出一种假说，认为产生伏打电的伏打电池实际上是块电磁铁。戴维则主张，电是与分子不可分离的一部分。安培提出有分子电流存在，并用分子电流来解释了磁铁的磁性，但认为分子电流的电量是“组成分子的原子分解以后的产物”。德拉里弗却又主张：电和物质是两种不同的东西，是可以各自独立存在的⋯⋯

电、分子、化学变化的内部机制，这些都是微观现象，是无法直接观察到的，要从人们能够观察的宏观现象去推断微观的结构，是相当困难的事，难免会出现种种混乱与错误。

1832 年，法拉第开始从事电化学研究的时候，面临的正是这样的各种理论纠缠在一起、难以分辨真理与谬误的局面。针对这种情况，法拉第首先了解各种意见，进行鉴别比较。对每家的理论学说，分别实验，检验其正确与否和实用价值。对于自己的种种设想，法拉第也是用实验来验证。

走过了许多的弯路、碰了一次又一次的钉子后，法拉第最后终于找到了研究电化学规律的办法——称量出电极上析出的物质重量，把它与流过电极的电量进行比较。于是，法拉第试图发明一种能够测量“电”量的大小的仪器，以确定各种电之间量的关系。但用什么方法来制造这样一种仪器呢？

才思敏捷的法拉第想到了电解方法。电解现象早已发现了，并已被科学家们用来获取或提炼某些化学元素。法拉第想：电解时分离出来的物质的量一定是与通电量的多少有关，比如水电解时产生了氢和氧两种气体，那么能否根据电解时从电极上逸出的气体量的多少，来计算出通过水的电量呢？想到这些，法拉第又进行了大量的实验。

经过大量实验证实了他的想法：电解时分离出来的物质数量与通电量两者之间存在着严格的量的关系。于是，电量计创制出来了。同时，一个远比

电量计更为重要的规律也随之问世了，这就是著名的“法拉第电解定律”。电解定律是法拉第在研究与发明电量计过程中的意外收获，也可以说是

电量计的副产品，但其重要性却是电量计的千百倍。这如同一个进行潜水锻炼的爱好者，在进行锻炼，达到了强健体魄目的同时，在水中发现了古代装满贵重物品的沉船。

电解定律有两条：

一、电解的时候，在电极上析出的物质重量，与通过电极的电量成正比；二、如果在同时间内通过的电量相同，那么析出的不同物质的化学“克

当量”数相等。（电解一个克当量物质的用电量，叫一个“法拉第”，等于96484 库仑。）

下面，我们就用法拉第实验最多的“水的电解”为例，来说明这两条定律。

把两片铂做的电极插在水中，通上电流，负极上就会有氢气析出，正极上则有氧气析出。根据第一定律，两个电极间通过的电流量越大，时间越长，电极上所析出的氢气与氧气就越多。

为了理解第二定律，先要知道什么叫做当量、克当量、克当量数。再以水为例。我们知道，每一个水分子是由两个氢原子与一个氧原子组成的，用结构式表示，就是：H-O-H。而氢（H）的化合价是 1，氧（O）的化合价为 2；那么，元素的原子量被化合价除，就是这个元素的当量。如：氢的原子量是 1、化合价也是 1，那它的当量就是 1；氧的原子量是 16、化合价是 2，那它的当量就是 8。1 克氢称为 1 个克当量氢，它的克当量数是 1；2 克氢称为 2 个克当量氢，它的克当量数是 2；⋯⋯元素化合成化合物或化合物分解成元素时，每一元素的重量比等于当量比，所以它们的克当量数就相等。比如电解 9 克水，一定得到 1 克氢与 8 克氧，氢与氧的克当量数都是 1，是相等的。

有了这些关于当量的知识，我们就可以说明法拉第的第二电解定律了。根据这条定律，要电解出 1 克当量的氢气（重 1 克）与 1 克当量的氧气（重

8 克），两片铂电极之间就需要通过一个“法拉第”的电量，也就是 96484 库仑。同样，比如铜的当量是 31.8，氯的当量是 35.5，那么电解氯化铜水溶液的时候，要得到 31.8 克铜和 35.5 克氯气，也需要一个“法拉第”的电量。

生物进化论奠基者达尔文说过：“科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。”法拉第电解定律的创立过程，非常清楚地印证了达尔文的这句名言。电解定律完全是从大量的实验与浩如烟海的实验数据中发现的，是通过实验数据的汇集、分析、整理和总结得出的规律。法拉第之所以能够发现这个规律，除了他的坚韧毅力与极为细致、负责的工作态度外，还缘于他的敏锐观察能力和他对电学与化学两门学科兼通的本领；而他在青少年时期，在里博的订书铺，通过刻苦自学所打下的坚实的实验能力与电学、化学知识的基础，无疑也是一个重要的成功因素。

在创立电解定律的过程中，法拉第还制订了一系列新的电化学术语—— 电极、阳极、阴极、电解、电离、离子、电化当量⋯⋯这些术语一直沿用到今天。法拉第在电化学学科中取得了如此大的成绩，被公认为电化学的先驱。两条电解定律是电化学的基础，直到今天仍在电解与电镀工业上广泛应用。

另外，法拉第电解定律还有更深一层的意义：它的光芒照亮了半世纪后电子论的发展道路，为发现原子的内部结构奠定了初步的理论基础。