FARADAY KONSTANT: EKSPERIMENTELLE ASPEKTER, EKSEMPEL - KJEMI - 2024

Den Faradays konstant er en kvantitativ elektrisitetsenhet som tilsvarer den vinning eller tap av et mol av elektroner ved en elektrode; og derfor ved passering av 6.022 · 10 ²³ elektroner.

Denne konstanten er også representert med bokstaven F, kalt en Faraday. Én F tilsvarer 96.485 coulomb / mol. Fra lynet i stormende himmel får du en ide om mengden strøm en F.

Kilde: Pixnio

Coulomb (c) er definert som ladningsmengden som går gjennom et gitt punkt på en leder, når 1 ampere elektrisk strøm strømmer i ett sekund. En strømstrøm er også lik en coulomb per sekund (C / s).

Når det er en strøm på 6,022 · 10 ²³ elektroner (Avogadros nummer), kan mengden elektrisk ladning den tilsvarer beregnes. Hvordan?

Når du kjenner ladningen til et individuelt elektron (1 602 · 10 ^-19 coulomb) og multipliserer det med NA, er Avogadros tall (F = Na · e ^- ). Resultatet er, som definert i begynnelsen, 96.485.3365 C / mol e ^- , vanligvis avrundet til 96.500 C / mol.

Eksperimentelle aspekter ved Faraday-konstanten

Antall mol elektron som blir produsert eller konsumert i en elektrode kan være kjent ved å bestemme mengden av et element som blir avsatt på katoden eller anoden under elektrolyse.

Verdien av Faraday-konstanten ble oppnådd ved å veie mengden sølv som ble avsatt i elektrolysen av en viss elektrisk strøm; veier katoden før og etter elektrolyse. Hvis også atomvekten til elementet er kjent, kan antall mol av metallet avsatt på elektroden beregnes.

Siden det er kjent forholdet mellom antall mol av et metall som er avsatt på katoden under elektrolyse og antall mol elektroner som overføres i prosessen, kan det opprettes et forhold mellom den elektriske ladningen som leveres og antallet av mol overførte elektroner.

Det angitte forholdet gir en konstant verdi (96.485). Senere ble denne verdien kalt, til ære for den engelske forskeren, Faradays konstant.

Michael Faraday

Michael Faraday, en britisk forsker, ble født i Newington, 22. september 1791. Han døde i Hampton, 25. august 1867, i en alder av 75 år.

Han studerte elektromagnetisme og elektrokjemi. Hans funn inkluderer elektromagnetisk induksjon, diamagnetisme og elektrolyse.

Forholdet mellom føflekkene av elektron og Faraday-konstanten

De tre eksemplene nedenfor illustrerer forholdet mellom molene overførte elektroner og Faraday-konstanten.

Na ⁺ i vandig løsning får et elektron ved katoden, og 1 mol metallisk Na blir avsatt, og forbruker 1 mol elektron tilsvarer en ladning på 96 500 coulomb (1 F).

Mg ²⁺ i vandig løsning får to elektroner ved katoden, og 1 mol metallisk Mg blir avsatt og forbruker 2 mol elektroner som tilsvarer en ladning på 2 × 96 500 coulomb (2F).

Al ³⁺ i vandig løsning får tre elektroner ved katoden, og 1 mol metallisk Al blir avsatt, og forbruker 3 mol elektron tilsvarer en ladning på 3 x 96 500 coulomb (3F).

Numerisk eksempel på elektrolyse

Beregn massen av kobber (Cu) som blir avsatt på katoden under en elektrolyseprosess, med en strømstyrke på 2,5 ampere (C / s eller A) påført i 50 minutter. Strømmen strømmer gjennom en løsning av kobber (II). Atomvekt av Cu = 63,5 g / mol.

Ligningen for reduksjon av kobber (II) -ioner til metallisk kobber er som følger:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

63,5 g Cu (atomvekt) blir avsatt på katoden for hver 2 mol elektron som tilsvarer 2 (9,65 · 104 ⁴ coulomb / mol). Det vil si 2 Faraday.

I den første delen bestemmes antall coulombs som går gjennom den elektrolytiske cellen. 1 ampere tilsvarer 1 coulomb / sekund.

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

7,5 x 10 ³ C

For å beregne massen av kobber avsatt av en elektrisk strøm som leverer 7,5 x 10 ³ C, brukes Faraday-konstanten:

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 lover for elektrolyse

Første lov

Massen til et stoff som er avsatt på en elektrode er direkte proporsjonalt med mengden elektrisitet som overføres til elektroden. Dette er en akseptert uttalelse av Faradays første lov, som blant annet består av følgende uttalelser:

Mengden av et stoff som gjennomgår oksidasjon eller reduksjon ved hver elektrode er direkte proporsjonalt med mengden strøm som går gjennom cellen.

Faradays første lov kan uttrykkes matematisk som følger:

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

m = masse av stoffet som er avsatt på elektroden (gram).

Q = elektrisk ladning som gikk gjennom løsningen i coulombs.

F = Faradays konstante.

M = atomvekt av elementet

Z = valensnummer for elementet.

M / z representerer ekvivalentvekten.

Andre lov

Den reduserte eller oksyderte mengden av et kjemisk stoff på en elektrode er proporsjonal med dens ekvivalentvekt.

Faradays andre lov kan skrives som følger:

m = (Q / F) x PEq

Brukes til å estimere det elektrokjemiske likevektspotensialet til et ion

Kunnskapen om det elektrokjemiske likevektspotensialet til de forskjellige ionene er viktig i elektrofysiologien. Det kan beregnes ved å bruke følgende formel:

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

Vion = elektrokjemisk likevektspotensial til et ion

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

T = temperatur uttrykt i grader Kelvin

Ln = naturlig eller naturlig logaritme

z = valens til ionet

F = Faraday konstant

Cl og C2 er konsentrasjonene av det samme ionet. Cl kan for eksempel være konsentrasjonen av ionet utenfor cellen, og C2, dens konsentrasjon inne i cellen.

Dette er et eksempel på bruken av Faraday-konstanten og hvordan etableringen har vært til stor nytte innen mange forsknings- og kunnskapsfelt.

referanser

1. Wikipedia. (2018). Faraday konstant. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
2. Øv vitenskap. (27. mars 2013). Faradays elektrolyse. Gjenopprettet fra: practicaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). Manual of Physiology and Biophysics. 2 ^gir utgave. Redaksjonell Clemente Editores CA
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Læring.
5. Giunta C. (2003). Faraday elektrokjemi. Gjenopprettet fra: web.lemoyne.edu