FARADĖJAUS KONSTANTA: EKSPERIMENTINIAI ASPEKTAI, PAVYZDYS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Faradėjaus konstanta yra kiekybinis elektros energijos vienetui, kuris atitinka didinimas arba mažinimas vienu moliu elektronų pagal elektrodo; ir todėl praeinant 6,022 · 10 ²³ elektronams.

Ši konstanta taip pat pavaizduota raide F, vadinama Faraday. Vienas F lygus 96,485 kulono / mol. Iš žaibo audringame danguje jūs sužinosite, koks yra F energijos kiekis.

Šaltinis: „Pixnio“

Kulonas (c) yra apibrėžiamas kaip krūvio kiekis, kuris praeina per tam tikrą laidininko tašką, kai vieną sekundę teka 1 ampero elektros srovė. Be to, vienas srovės stipris yra lygus vienam kulonui per sekundę (C / s).

Kai yra 6,022 · 10 ²³ elektronų srautas (Avogadro skaičius), galima apskaičiuoti jam tenkančio elektros krūvio kiekį. Kaip?

Žinant atskiro elektrono (1,602 · ^10–19 kulono) krūvį ir padauginus jį iš NA, Avogadro skaičius (F = Na · e ^- ). Rezultatas, kaip apibrėžta pradžioje, yra 96 ​​485,3365 C / mol e ^- , paprastai suapvalinamas iki 96 500 C / mol.

Eksperimentiniai Faradėjaus konstantos aspektai

Elektrodų, pagamintų ar sunaudotų elektrodų, skaičius gali būti žinomas nustatant elemento, kuris nusėda ant katodo ar anodo, kiekį elektrolizės metu.

Faradėjaus konstantos vertė buvo gauta sveriant elektrolizės metu nusodinto sidabro kiekį tam tikra elektros srove; pasveriant katodą prieš ir po elektrolizės. Taip pat, jei žinomas elemento atominis svoris, galima apskaičiuoti ant elektrodo nusodinto metalo molinių skaičių.

Kadangi yra žinomas ryšys tarp metalo, kuris nusėda ant katodo, elektrolizės metu, ir elektronų, kurie yra pernešami proceso metu, skaičiaus, todėl galima nustatyti ryšį tarp tiekiamo elektros krūvio ir skaičiaus. perkeltų elektronų molių.

Nurodytas santykis suteikia pastovią vertę (96,485). Vėliau ši vertė buvo pavadinta anglų tyrinėtojo garbei Faradėjaus konstanta.

Michaelas Faradėjus

Michaelas Faradėjus, britų tyrinėtojas, gimė 1791 m. Rugsėjo 22 d. Niutone. Jis mirė 1867 m. Rugpjūčio 25 d., Hamptone, būdamas 75 metų.

Jis studijavo elektromagnetizmą ir elektrochemiją. Jo atradimai apima elektromagnetinę indukciją, diamagnetizmą ir elektrolizę.

Ryšys tarp elektronų molių ir Faradėjaus konstantos

Trys žemiau pateikti pavyzdžiai iliustruoja ryšį tarp perkeltų elektronų molių ir Faradėjaus konstantos.

Na ⁺ vandeniniame tirpale prie katodo įgyja vieną elektroną ir nusėda 1 mol metalinio Na, sunaudodamas 1 mol elektronų, atitinkantį 96 500 kulono (1 F) krūvį.

Vandeniniame tirpale esančiame Mg ²⁺ kaupiasi du elektronai prie katodo ir nusėda 1 mol metalinio Mg, sunaudojant 2 molius elektronų, kurie atitinka 2 × 96 500 kulono (2 F) krūvį.

Al ³⁺ vandeniniame tirpale prie katodo įgyja tris elektronus ir nusėda 1 molis metalo Al, sunaudodamas 3 molius elektronų, atitinkančius 3 × 96 500 kulono (3 F) krūvį.

Skaitmeninis elektrolizės pavyzdys

Apskaičiuokite vario (Cu) masę, kuri nusėda ant katodo per elektrolizės procesą, kai srovės stipris yra 50 amperų (C / s arba A) 50 minučių. Srovė teka vario (II) tirpalu. Cu atominis svoris = 63,5 g / mol.

Vario (II) jonų redukcijos į metalinį varį lygtis yra tokia:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

Kiekvienam 2 elektronų moliui, lygiam 2 (9,65 · 10 ⁴ kulono / mol), ant katodo nusėda 63,5 g Cu (atominės masės ). Tai yra, 2 Faradėjus.

Pirmoje dalyje nustatomas kulonų skaičius, kurios praeina per elektrolitinę kamerą. 1 amperas lygus 1 kulonui per sekundę.

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

7,5 x 10 ³ C

Tada vario masės, apskaičiuotos elektros srove, kuri tiekia 7,5 x 10 ³ C, masei apskaičiuoti naudojama Faradėjaus 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

Faradėjaus dėsniai elektrolizei

Pirmasis įstatymas

Ant elektrodo nusėdusios medžiagos masė yra tiesiogiai proporcinga į elektrodą perduotos elektros energijos kiekiui. Tai yra priimtas pirmojo Faradėjaus įstatymo skelbimas, galiojantis, be kitų, šių teiginių:

Medžiagos, kuri kiekviename elektrode oksiduojasi arba redukuojasi, kiekis yra tiesiogiai proporcingas per ląstelę praeinančios elektros energijos kiekiui.

Pirmasis Faradėjaus dėsnis gali būti išreikštas matematiškai taip:

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

m = ant elektrodo nusėdusios medžiagos masė (gramais).

Q = elektros tirpalas, praėjęs pro tirpalą, kulonuose.

F = Faradėjaus konstanta.

M = elemento atominis svoris

Z = elemento valentinis skaičius.

M / z reiškia lygiavertį svorį.

Antrasis įstatymas

Sumažintas arba oksiduotas cheminės medžiagos kiekis ant elektrodo yra proporcingas jo lygiaverčiam svoriui.

Antrasis Faradėjaus įstatymas gali būti parašytas taip:

m = (Q / F) x PEq

Naudojimas įvertinant jonų elektrocheminį pusiausvyros potencialą

Elektrofiziologijoje svarbu žinoti įvairių jonų elektrocheminį pusiausvyros potencialą. Jį galima apskaičiuoti taikant šią formulę:

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

Vion = elektrocheminis jonų pusiausvyros potencialas

R = dujų konstanta, išreikšta: 8,31 J.mol ^-1 . K

T = temperatūra, išreikšta kelvino laipsniais

Ln = natūralus arba natūralus logaritmas

z = jonų valentingumas

F = Faradėjaus konstanta

C1 ir C2 yra to paties jono koncentracijos. C1 gali būti, pavyzdžiui, jonų koncentracija ląstelės išorėje, o C2 - jo koncentracija ląstelės viduje.

Tai yra Faradėjaus konstantos panaudojimo pavyzdys ir kaip jos sukūrimas buvo labai naudingas daugelyje tyrimų ir žinių sričių.

Nuorodos

1. Vikipedija. (2018 m.). Faradėjaus konstanta. Atkurta iš: en.wikipedia.org
2. Praktikos mokslas. (2013 m. Kovo 27 d.). Faradėjaus elektrolizė. Atkurta iš: prakticaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). Fiziologijos ir biofizikos žinynas. 2 ^suteikia Edition. Redaktorius Clemente Editores CA
4. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
5. Giunta C. (2003). Faradėjaus elektrochemija. Atkurta iš: web.lemoyne.edu