FARADAY KONSTANT: EXPERIMENTELLA ASPEKTER, EXEMPEL - KEMI - 2025

Den Faradays konstant är en kvantitativ enhet el som motsvarar den vinst eller förlust av en mol av elektroner från en elektrod; och därför vid passagen av 6.022 · 10 ²³ elektroner.

Denna konstant representeras också av bokstaven F, kallad en Faraday. En F är lika med 96 485 coulomb / mol. Från blixt i stormiga himmel får du en uppfattning om mängden el och F.

Källa: Pixnio

Coulomb (c) definieras som den laddningsmängd som passerar genom en given punkt på en ledare när 1 ampere elektrisk ström flyter under en sekund. En strömampere är också lika med en coulomb per sekund (C / s).

När det finns ett flöde av 6,022 · 10 ²³ elektroner (Avogadros nummer) kan mängden elektrisk laddning som den motsvarar beräknas. Hur?

Att känna till laddningen för en individuell elektron (1 602 · 10 ^-19 coulomb) och multiplicera den med NA, Avogadros nummer (F = Na · e ^- ). Resultatet är, som definierat i början, 96 485,365 C / mol e ^- , vanligtvis avrundat till 96 500 C / mol.

Experimentella aspekter av Faraday-konstanten

Antalet mol elektroner som produceras eller konsumeras i en elektrod kan vara känt genom att bestämma mängden av ett element som deponeras på katoden eller anoden under elektrolys.

Värdet på Faraday-konstanten erhölls genom att väga mängden silver avsatt i elektrolysen med en viss elektrisk ström; väger katoden före och efter elektrolys. Om elementets atomvikt är känd kan antalet mol metall som avsatts på elektroden beräknas.

Eftersom förhållandet mellan antalet mol av en metall som avsätts på katoden under elektrolys och antalet mol elektroner som överförs i processen är känt, kan ett samband upprättas mellan den elektriska laddningen som levereras och antalet av mol överförda elektroner.

Den angivna relationen ger ett konstant värde (96 485). Senare kallades detta värde, för att hedra den engelska forskaren, Faradays konstant.

Michael Faraday

Michael Faraday, en brittisk forskare, föddes i Newington den 22 september 1791. Han dog i Hampton den 25 augusti 1867, 75 år gammal.

Han studerade elektromagnetism och elektrokemi. Hans upptäckter inkluderar elektromagnetisk induktion, diamagnetism och elektrolys.

Förhållandet mellan molekylerna av elektron och Faraday-konstanten

De tre exemplen nedan illustrerar förhållandet mellan molema överförda elektroner och Faraday-konstanten.

Na ⁺ i vattenlösning får en elektron vid katoden och 1 mol metalliskt Na avsattes och konsumerar 1 mol elektron motsvarande en laddning av 96 500 coulomb (1 F).

Mg ²⁺ i vattenlösning får två elektroner vid katoden och 1 mol metalliskt Mg deponeras och förbrukar 2 mol elektron motsvarande en laddning av 2 x 96 500 Coulomb (2F).

Al ³⁺ i vattenlösning får tre elektroner vid katoden och 1 mol metalliskt Al avsattes, vilket förbrukar 3 mol elektroner motsvarande en laddning av 3 x 96 500 coulomb (3F).

Numeriskt exempel på elektrolys

Beräkna massan av koppar (Cu) som avsätts på katoden under en elektrolysprocess, med en strömintensitet på 2,5 ampere (C / s eller A) applicerad under 50 minuter. Strömmen flyter genom en lösning av koppar (II). Atomvikt av Cu = 63,5 g / mol.

Ekvationen för reduktion av koppar (II) -joner till metallisk koppar är följande:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

63,5 g Cu (atomvikt) avsätts på katoden för varje 2 mol elektroner som motsvarar 2 (9,65 · 104 ⁴ coulomb / mol). Det vill säga 2 Faraday.

I den första delen bestäms antalet coulombs som passerar genom den elektrolytiska cellen. 1 ampere är lika med 1 coulomb / sekund.

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

7,5 x 10 ^{^} C

För att beräkna massan av koppar avsatt av en elektrisk ström som levererar 7,5 x 10 ³ C, används 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 lagar för elektrolys

Första lagen

Massan hos ett ämne som avsatts på en elektrod är direkt proportionell mot mängden el som överförs till elektroden. Detta är ett accepterat uttalande av Faradays första lag, som bland annat existerar följande:

Mängden av ett ämne som genomgår oxidation eller reduktion vid varje elektrod är direkt proportionell mot mängden el som passerar genom cellen.

Faradays första lag kan uttryckas matematiskt enligt följande:

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

m = massan av ämnet avsatt på elektroden (gram).

Q = elektrisk laddning som passerade genom lösningen i coulombs.

F = Faradays konstant.

M = elementets atomvikt

Z = valensnummer för elementet.

M / z representerar ekvivalentvikten.

Andra lagen

Den reducerade eller oxiderade mängden av en kemikalie på en elektrod är proportionell mot dess ekvivalentvikt.

Faradays andra lag kan skrivas på följande sätt:

m = (Q / F) x PEq

Används för att uppskatta den elektrokemiska jämviktspotentialen för en jon

Kunskapen om den elektrokemiska jämviktspotentialen för de olika jonerna är viktig i elektrofysiologin. Det kan beräknas genom att använda följande formel:

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

Vion = elektrokemisk jämviktspotential för en jon

R = gaskonstant, uttryckt som: 8,31 J.mol ^-1 . K

T = temperatur uttryckt i grader Kelvin

Ln = naturlig eller naturlig logaritm

z = jonens valens

F = Faraday konstant

Cl och C2 är koncentrationerna av samma jon. Cl kan till exempel vara koncentrationen av jon utanför cellen, och C2, dess koncentration inuti cellen.

Detta är ett exempel på användningen av Faraday-konstanten och hur dess etablering har varit till stor nytta inom många forsknings- och kunskapsområden.

referenser

1. Wikipedia. (2018). Faraday konstant. Återställd från: en.wikipedia.org
2. Träna vetenskap. (27 mars 2013). Faradays elektrolys. Återställd från: practicaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). Manual of Physiology and Biophysics. 2 ^ger Edition. Redaktion Clemente Editores CA
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
5. Giunta C. (2003). Faraday elektrokemi. Återställd från: web.lemoyne.edu