FARADAY KONSTANT: EKSPERIMENTELLE ASPEKTER, EKSEMPELVIS ANVENDELSE - KEMI - 2024

The Faraday-konstanten er en kvantitativ enhed af elektricitet, som svarer til forstærkningen eller tab af et mol elektroner ved en elektrode; og derfor ved passagen af ​​6.022 · 10 ²³ elektroner.

Denne konstante er også repræsenteret af bogstavet F, kaldet en Faraday. Én F er lig med 96.485 coulomb / mol. Fra lynet i stormfulde himmel får du en idé om mængden af ​​elektricitet en F.

Kilde: Pixnio

Coulomb (c) er defineret som den ladningsmængde, der passerer gennem et givet punkt på en leder, når 1 ampere elektrisk strøm strømmer i et sekund. En strøm af ampere er ligeledes en coulomb pr. Sekund (C / s).

Når der er en strøm på 6,022 · 10 ²³ elektroner (Avogadros nummer), kan mængden af ​​elektrisk ladning, som den svarer til, beregnes. Hvordan?

Når man kender ladningen af ​​et individuelt elektron (1.602 · 10 ^-19 coulomb) og multiplicerer det med NA, er Avogadros nummer (F = Na · e ^-). Resultatet er, som defineret i begyndelsen, 96.485.3365 C / mol e ^-, normalt afrundet til 96.500 C / mol.

Eksperimentelle aspekter af Faraday-konstanten

Antallet af mol elektroner, der produceres eller konsumeres i en elektrode, kan kendes ved at bestemme mængden af ​​et element, der deponeres på katoden eller anoden under elektrolyse.

Værdien af ​​Faraday-konstanten blev opnået ved at veje mængden af ​​sølv deponeret i elektrolysen ved en bestemt elektrisk strøm; vejning af katoden før og efter elektrolyse. Hvis elementets atomvægt er kendt, kan antallet af mol af det metal, der er afsat på elektroden, også beregnes.

Da forholdet mellem antallet af mol af et metal, der afsættes på katoden under elektrolyse, og antallet af mol elektroner, der overføres i processen, er kendt, kan der oprettes et forhold mellem den leverede elektriske ladning og antallet af mol overførte elektroner.

Den angivne relation giver en konstant værdi (96.485). Senere blev denne værdi kaldet, til ære for den engelske forsker, Faradays konstante.

Michael Faraday

Michael Faraday, en britisk forsker, blev født i Newington den 22. september 1791. Han døde i Hampton, den 25. august 1867, i en alder af 75.

Han studerede elektromagnetisme og elektrokemi. Hans opdagelser inkluderer elektromagnetisk induktion, diamagnetisme og elektrolyse.

Forholdet mellem molerne med elektron og Faraday-konstanten

De tre eksempler nedenfor illustrerer forholdet mellem mol overførte elektroner og Faraday-konstanten.

Na ⁺ i vandig opløsning får et elektron ved katoden, og 1 mol metallisk Na aflejres, hvor 1 mol elektron forbruges svarende til en ladning på 96.500 coulomb (1 F).

Mg ²⁺ i vandig opløsning får to elektroner ved katoden, og 1 mol metallisk Mg aflejres, hvor 2 mol elektroner forbruges, der svarer til en ladning på 2 × 96.500 coulomb (2F).

Al ³⁺ i vandig opløsning får tre elektroner ved katoden, og 1 mol metallisk Al aflejres, idet der forbruges 3 mol elektroner svarende til en ladning på 3 × 96.500 coulomb (3F).

Numerisk eksempel på elektrolyse

Beregn massen af ​​kobber (Cu), der afsættes på katoden under en elektrolyseproces, med en strømstyrke på 2,5 ampere (C / s eller A) anvendt i 50 minutter. Strømmen strømmer gennem en opløsning af kobber (II). Atomvægt på Cu = 63,5 g / mol.

Ligningen for reduktion af kobber (II) ioner til metallisk kobber er som følger:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

63,5 g Cu (atomvægt) aflejres på katoden for hver 2 mol elektroner, der er ækvivalent med 2 (9,65 · ^{104 4} coulomb / mol). Det vil sige 2 Faraday.

I den første del bestemmes antallet af coulombs, der passerer gennem den elektrolytiske celle. 1 ampere er lig med 1 coulomb / sekund.

C = 50 min x 60 s / min x 2,5 C / s

7,5 x 10 ³ C

Derefter bruges Faraday-konstanten til at beregne massen af ​​kobber deponeret af en elektrisk strøm, der leverer 7,5 x 10 ³ C:

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

2,47 g Cu

Faradays love for elektrolyse

Første lov

Massen af ​​et stof, der afsættes på en elektrode, er direkte proportionalt med mængden af ​​elektricitet, der overføres til elektroden. Dette er en accepteret erklæring af Faradays første lov, der blandt andet findes følgende:

Mængden af ​​et stof, der gennemgår oxidation eller reduktion ved hver elektrode, er direkte proportional med mængden af ​​elektricitet, der passerer gennem cellen.

Faradays første lov kan udtrykkes matematisk som følger:

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

m = masse af stoffet deponeret på elektroden (gram).

Q = elektrisk ladning, der passerede gennem opløsningen i coulombs.

F = Faradays konstante.

M = elementets atomvægt

Z = valensnummer for elementet.

M / z repræsenterer den ækvivalente vægt.

Anden lov

Den reducerede eller oxiderede mængde af et kemikalie på en elektrode er proportional med dets ækvivalente vægt.

Faradays anden lov kan skrives som følger:

m = (Q / F) x PEq

Anvendes til estimering af det ionelektrokemiske ligevægtspotentiale

Kendskabet til det elektrokemiske ligevægtspotentiale i de forskellige ioner er vigtigt i elektrofysiologien. Det kan beregnes ved at anvende følgende formel:

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

Vion = elektrokemisk ligevægtspotentiale for en ion

R = gasskonstant, udtrykt som: 8,31 J.mol ^-1. K

T = temperatur udtrykt i grader Kelvin

Ln = naturlig eller naturlig logaritme

z = valen af ​​ion

F = Faraday konstant

Cl og C2 er koncentrationerne af den samme ion. Cl kan fx være koncentrationen af ​​ion uden for cellen, og C2, dens koncentration inde i cellen.

Dette er et eksempel på brugen af ​​Faraday-konstanten, og hvordan dens etablering har været til stor nytte inden for mange forsknings- og videnområder.

Referencer

1. Wikipedia. (2018). Faraday konstant. Gendannet fra: en.wikipedia.org
2. Øv videnskab. (27. marts 2013). Faradays elektrolyse. Gendannes fra: practicaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). Manual for fysiologi og biofysik. 2 ^giver udgave. Redaktionel Clemente Editores CA
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8. udgave). CENGAGE Læring.
5. Giunta C. (2003). Faraday elektrokemi. Gendannes fra: web.lemoyne.edu