FARADAYEVA KONSTANTA: EKSPERIMENTALNI ASPEKTI, PRIMJERICE, KORISTE - KEMIJA - 2026

Faraday konstanta je kvantitativna jedinica struje koja odgovara dobitak ili gubitak jednog mola elektrona od strane elektrode; i zato na prolazu 6.022 · 10 ²³ elektrona.

Ta konstanta je također predstavljena slovom F, koja se naziva Faraday. Jedan F jednak je 96.485 kuloma / mola. Iz munje na olujnom nebu dobivate predstavu o količini električne energije F.

Izvor: Pixnio

Kulomb (c) definira se kao količina naboja koja prolazi kroz datu točku na vodiču, kada 1 amper električne struje teče u sekundi. Također, jedna ampera struje jednaka je jednom coulomb-u u sekundi (C / s).

Kada postoji protok od 6.022 · 10 ²³ elektrona (Avogadrov broj), može se izračunati količina električnog naboja kojoj odgovara. Kako?

Poznavajući naboj pojedinog elektrona (1.602 · 10 ^-19 kulona) i množenje ga NA, Avogadrov broj (F = Na · e ^-). Rezultat je, kako je definirano na početku, 96,485,3365 C / mol e ^-, obično zaokružen na 96,500C / mol.

Eksperimentalni aspekti Faradayeve konstante

Broj molova elektrona koji se stvaraju ili troše u elektrodi može se znati određivanjem količine elementa koji se stavi na katodu ili anodu tijekom elektrolize.

Vrijednost Faradayeve konstante dobivena je vaganjem količine srebra taloženog u elektrolizi određenom električnom strujom; vaganje katode prije i nakon elektrolize. Također, ako je poznata atomska težina elementa, može se izračunati broj molova metala pohranjenih na elektrodi.

Budući da je poznat odnos između broja molova metala koji se tokom elektrolize talože na katodu i broja molova elektrona koji se u procesu prenose, može se uspostaviti odnos između isporučenog električnog naboja i broja prenosa molova elektrona.

Navedeni odnos daje konstantnu vrijednost (96,485). Kasnije je ta vrijednost nazvana, u čast engleskog istraživača, Faradayeva konstanta.

Michael Faraday

Michael Faraday, britanski istraživač, rođen je u Newingtonu, 22. rujna 1791. Umro je u Hamptonu, 25. kolovoza 1867., u dobi od 75 godina.

Studirao je elektromagnetizam i elektrokemiju. Njegova otkrića uključuju elektromagnetsku indukciju, dijamagnetizam i elektrolizu.

Odnos molova elektrona i Faradayeve konstante

Tri primjera u nastavku ilustriraju odnos molova elektrona koji se prenose i Faradayeve konstante.

Na ⁺ u vodenoj otopini dobiva se jedan katod na katodi, a 1 mol metalnog Na se taloži, troši 1 mol elektrona što odgovara naboju od 96 500 kulona (1 F).

Mg ²⁺ u vodenoj otopini dobiva dva elektrona na katodi, a 1 mol metalnog Mg se taloži, trošići 2 mola elektrona što odgovara naboju od 2 × 96 500 kulona (2 F).

Al ³⁺ u vodenoj otopini dobiva tri elektrona na katodi, a 1 mol metalnog Al se taloži, troši 3 mola elektrona što odgovara naboju od 3 × 96 500 kulona (3 F).

Numerički primjer elektrolize

Izračunajte masu bakra (Cu) koji se taloži na katodu tijekom procesa elektrolize, s intenzitetom struje 2,5 ampera (C / s ili A) primjenjenom 50 minuta. Struja teče kroz otopinu bakra (II). Atomska masa Cu = 63,5 g / mol.

Jednadžba redukcije bakra (II) u metalni bakar je sljedeća:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

Na katodu se taloži 63,5 g Cu (atomska težina) na svaka 2 mola elektrona što odgovara 2 (9,65 · 10 ⁴ kulomb / mol). Odnosno, 2 Faraday.

U prvom dijelu određuje se broj kaloma koji prolaze kroz elektrolitičku ćeliju. 1 amper jednak je 1 coulomb / second.

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

7,5 x 10 ³ C

Zatim se za izračun mase bakra taloženog električnom strujom koja napaja 7,5 x 10 ³ C koristi Faradayeva konstanta:

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

Faradayevi zakoni za elektrolizu

Prvi zakon

Masa tvari deponirane na elektrodi izravno je proporcionalna količini električne energije koja se prenosi na elektrodu. Ovo je prihvaćena izjava prvog Faradayeva zakona, koja između ostalog sadrži i sljedeće:

Količina tvari koja prolazi oksidaciju ili redukciju na svakoj elektrodi izravno je proporcionalna količini električne energije koja prolazi kroz stanicu.

Faradayev prvi zakon može se matematički izraziti na sljedeći način:

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

m = masa tvari deponirane na elektrodi (u gramima).

Q = električni naboj koji je prošao kroz otopinu u coulombama.

F = Faradayeva konstanta.

M = atomska težina elementa

Z = valentni broj elementa.

M / z predstavlja ekvivalentnu masu.

Drugi zakon

Smanjena ili oksidirana količina kemikalije na elektrodi proporcionalna je njenoj ekvivalentnoj masi.

Faradayev drugi zakon može se napisati kako slijedi:

m = (Q / F) x PEq

Upotreba u procjeni potencijala elektrokemijske ravnoteže iona

Poznavanje potencijala elektrokemijske ravnoteže različitih iona važno je u elektrofiziologiji. To se može izračunati primjenom sljedeće formule:

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

Vion = elektrokemijski ravnotežni potencijal iona

R = plinska konstanta, izražena kao: 8,31 J.mol ^-1. K

T = temperatura izražena u stupnjevima Kelvina

Ln = prirodni ili prirodni logaritam

z = valencija iona

F = Faradayeva konstanta

C1 i C2 su koncentracije istog iona. C1 može biti, na primjer, koncentracija iona izvan stanice, a C2, njegova koncentracija unutar ćelije.

Ovo je primjer uporabe Faradayeve konstante i kako je njezino uspostavljanje bilo od velike koristi u mnogim područjima istraživanja i znanja.

Reference

1. Wikipedia. (2018.). Faradayeva konstanta. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
2. Praksa znanosti. (27. ožujka 2013.). Faradayeva elektroliza. Oporavilo od: Practicaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). Priručnik za fiziologiju i biofiziku. 2 ^daje izdanje. Uredništvo Clemente Editores CA
4. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
5. Giunta C. (2003). Faradayeva elektrokemija. Oporavilo sa: web.lemoyne.edu