КОНСТАНТА ФАРАДЕЯ: ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ АСПЕКТИ, НАПРИКЛАД, ВИКОРИСТОВУЄ - ХІМІЯ - 2025

Постійна Фарадея є кількісної одиницею електрики , яке відповідає виграшу або втрати одного благаючи електронів на електрод; і тому при проходженні 6,022 · 10 ²³ електронів.

Ця константа також представлена ​​буквою F, що називається Фарадей. Один F дорівнює 96,485 кулонів / моль. З блискавки в бурхливому небі ви отримуєте уявлення про кількість електричної енергії F.

Джерело: Pixnio

Кулон (с) визначається як величина заряду, що проходить через задану точку на провіднику, коли протягом однієї секунди тече 1 ампер електричного струму. Також один ампер струму дорівнює одному кулону в секунду (C / s).

Коли відбувається потік 6,022 · 10 ²³ електронів (число Авогадро), то кількість електричного заряду, якому він відповідає, може бути обчислена. Як?

Знаючи заряд окремого електрона (1,602 · 10 ^-19 кулонів) і помноживши його на NA, число Авогадро (F = Na · e ^- ). Результатом є, як визначено на початку, 96,485,3365 С / моль е ^- , зазвичай округлене до 96 500С / моль.

Експериментальні аспекти постійної Фарадея

Кількість молей електронів, які виробляються або споживаються в електроді, можна знати, визначаючи кількість елемента, який осідає на катоді або аноді під час електролізу.

Значення постійної Фарадея було отримано шляхом зважування кількості срібла, осадженого при електролізі певним електричним струмом; зважування катода до і після електролізу. Також, якщо відома атомна маса елемента, можна обчислити кількість молей металу, нанесеного на електрод.

Оскільки відомий зв’язок між кількістю молей металу, що осідає на катоді під час електролізу, та кількістю молей електронів, що передаються в процесі, то може бути встановлена ​​залежність між поданим електричним зарядом та кількістю перенесених молей електронів.

Вказане співвідношення дає постійне значення (96,485). Пізніше це значення було названо, на честь англійського дослідника, постійною Фарадея.

Майкл Фарадей

Майкл Фарадей, британський дослідник, народився в Ньютонгтоні, 22 вересня 1791 р. Помер у Хемптоні, 25 серпня 1867 року, у віці 75 років.

Він вивчав електромагнетизм та електрохімію. Його відкриття включають електромагнітну індукцію, діамагнетизм та електроліз.

Зв'язок між молями електронів і постійною Фарадея

Три приклади, наведені нижче, ілюструють залежність між молями перенесених електронів та постійною Фарадея.

Na ⁺ у водному розчині набирає один електрон на катоді, а 1 моль металевого Na осідає, споживаючи 1 моль електронів, що відповідає заряду 96 500 кулонів (1 F).

Mg ²⁺ у водному розчині отримує на катоді два електрона, а 1 моль металевого Mg осідає, споживаючи 2 молі електронів, що відповідають заряду 2 × 96 500 кулонів (2 F).

Al ³⁺ у водному розчині набирає три електрони на катоді, а 1 моль металевого Al осідає, споживаючи 3 молі електронів, що відповідають заряду 3 × 96 500 кулонів (3 F).

Числовий приклад електролізу

Обчисліть масу міді (Cu), яка осідає на катоді під час процесу електролізу, з напругою струму 2,5 ампера (С / с або А), що подається протягом 50 хвилин. Струм тече через розчин міді (II). Атомна маса Cu = 63,5 г / моль.

Рівняння відновлення іонів міді (II) до металевої міді таке:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

63,5 г Cu (атомна маса) осідає на катоді на кожні 2 молі електронів, що еквівалентно 2 (9,65 · 10 ⁴ кулонів / моль). Тобто 2 Фарадея.

У першій частині визначається кількість кулонів, які проходять через електролітичну комірку. 1 ампер дорівнює 1 кулону / секунду.

C = 50 хв х 60 с / хв х 2,5 С / с

7,5 х 10 ³ С

Потім для обчислення маси міді, осадженої електричним струмом, що подає 7,5 х 10 ³ С, використовується константа Фарадея:

g Cu = 7,5 10 ³ C x 1 моль e ^- / 9,65 10 ⁴ C x 63,5 g Cu / 2 mol e ^-

2,47 г Cu

Закони Фарадея для електролізу

Перший закон

Маса речовини, що осідає на електроді, прямо пропорційна кількості електроенергії, що передається електроду. Це прийнята заява першого закону Фарадея, яка містить, серед інших тверджень, наступне:

Кількість речовини, яка зазнає окислення або відновлення на кожному електроді, прямо пропорційна кількості електрики, яка проходить через клітинку.

Перший закон Фарадея можна виразити математично так:

m = (Q / F) x (M / z)

m = маса речовини, що осідає на електроді (грам).

Q = електричний заряд, який пройшов через розчин у кулонах.

F = постійна Фарадея

M = атомна маса елемента

Z = валентне число елемента.

M / z являє собою еквівалентну вагу.

Другий закон

Зменшена або окислена кількість хімікату на електроді пропорційна його еквівалентній вазі.

Другий закон Фарадея можна записати так:

m = (Q / F) x PEq

Використовують для оцінки потенціалу електрохімічної рівноваги іона

Знання потенціалу електрохімічної рівноваги різних іонів має важливе значення в електрофізіології. Його можна обчислити, застосувавши таку формулу:

Vion = (RT / zF) Ln (C1 / C2)

Vion = електрохімічний рівноважний потенціал іона

R = константа газу, виражена як: 8,31 Джмоль ^-1 . К

T = температура, виражена в градусах Кельвіна

Ln = природний або природний логарифм

z = валентність іона

F = константа Фарадея

С1 і С2 - концентрації одного йона. C1 може бути, наприклад, концентрацією іона поза клітиною, а C2 - його концентрацією всередині клітини.

Це приклад використання константи Фарадея та того, як її встановлення отримало велику користь у багатьох галузях досліджень та знань.

Список літератури

1. Вікіпедія. (2018). Константа Фарадея. Відновлено з: en.wikipedia.org
2. Практика науки. (27 березня 2013 р.). Електроліз Фарадея. Відновлено з: Practicaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). Посібник з фізіології та біофізики. 2 ^дає Видання. Редакція Clemente Editores, CA
4. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання.
5. Giunta C. (2003). Електрохімія Фарадея. Відновлено з: web.lemoyne.edu