FARADAYOVA KONSTANTA: EXPERIMENTÁLNÍ ASPEKTY, PŘÍKLADY, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Faradayova konstanta je kvantitativní jednotka elektřiny, která odpovídá zisku nebo ztráty jednoho molu elektronů na elektrody; a proto při průchodu 6,022,10 ²³ elektronů.

Tuto konstantu představuje také písmeno F, které se nazývá Faraday. Jeden F se rovná 96,485 coulomb / mol. Z blesku v bouřlivé obloze získáte představu o množství elektřiny F.

Zdroj: Pixnio

Coulomb (c) je definován jako množství náboje, které prochází daným bodem na vodiči, když proudí 1 ampér elektrického proudu po dobu jedné sekundy. Také jedna ampér proudu se rovná jedné coulomb za sekundu (C / s).

Pokud je proud 6,022,10 ²³ elektronů (Avogadrovo číslo), lze vypočítat množství elektrického náboje, které odpovídá. Jak?

Znát náboj jednotlivého elektronu (1 602 · 10 ^-19 coulomb) a vynásobit jej NA, Avogadrovo číslo (F = Na · e ^-). Výsledkem je, jak je definováno na začátku, 96 485 336 C / mol e ^-, obvykle zaokrouhleno na 96 500 C / mol.

Experimentální aspekty Faradayovy konstanty

Počet molů elektronů, které jsou produkovány nebo spotřebovány v elektrodě, může být známý stanovením množství prvku, který je během elektrolýzy uložen na katodě nebo anodě.

Hodnota Faradayovy konstanty byla získána zvážením množství stříbra uloženého při elektrolýze určitým elektrickým proudem; vážení katody před a po elektrolýze. Je-li známa také atomová hmotnost prvku, lze vypočítat počet molů kovu naneseného na elektrodu.

Protože je znám vztah mezi počtem molů kovu, který je uložen na katodě během elektrolýzy, a počtem molů elektronů, které jsou přenášeny v procesu, je možné stanovit vztah mezi dodávaným elektrickým nábojem a počtem molů přenesených elektronů.

Uvedený vztah dává konstantní hodnotu (96 485). Později byla tato hodnota nazvána na počest anglického vědce Faradayovou konstantou.

Michael Faraday

Michael Faraday, britský vědec, se narodil v Newingtonu 22. září 1791. Zemřel v Hamptonu 25. srpna 1867 ve věku 75 let.

Vystudoval elektromagnetismus a elektrochemii. Mezi jeho objevy patří elektromagnetická indukce, diamagnetismus a elektrolýza.

Vztah molů elektronů a Faradayovy konstanty

Následující tři příklady ilustrují vztah mezi molem přenesených elektronů a Faradayovou konstantou.

Na ⁺ ve vodném roztoku získá jeden elektron na katodě a nanese se 1 mol kovového Na, což spotřebuje 1 mol elektronů odpovídající náboji 96 500 coulombů (1 F).

Mg ²⁺ ve vodném roztoku získává dva elektrony na katodě a ukládá se 1 mol kovového Mg, spotřebovávající 2 moly elektronů, které odpovídají náboji 2 × 96 500 coulombů (2 F).

Al ³⁺ ve vodném roztoku získává tři elektrony na katodě a je uložen 1 mol kovového Al, spotřebovávající 3 moly elektronů, což odpovídá náboji 3 × 96 500 coulombů (3 F).

Numerický příklad elektrolýzy

Vypočítejte hmotnost mědi (Cu), která je nanesena na katodě během procesu elektrolýzy, s proudovou intenzitou 2,5 ampér (C / s nebo A) aplikovanou po dobu 50 minut. Proud protéká roztokem mědi (II). Atomová hmotnost Cu = 63,5 g / mol.

Rovnice pro redukci iontů mědi (II) na kovovou měď je následující:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

63,5 g Cu (atomová hmotnost) se ukládají na katodě na každých 2 moly elektronů, které je ekvivalentní 2 (9,65 x 10 ⁴ coulomb / mol). To znamená, 2 Faradayi.

V první části je stanoven počet coulombů, které procházejí elektrolytickým článkem. 1 ampér se rovná 1 coulomb / sekundu.

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

7,5 x 10 ³ C

Pak se pro výpočet hmotnosti mědi uložené elektrickým proudem, který dodává 7,5 x 103 ³ C, použije Faradayova konstanta:

g Cu = 7,5 10 ³ C x 1 mol e ^- / 9,65 104 ⁴ C x 63,5 g Cu / 2 mol e ^-

2,47 g Cu

Faradayovy zákony pro elektrolýzu

První zákon

Hmota látky uložené na elektrodě je přímo úměrná množství elektřiny přenesené na elektrodu. Toto je přijaté prohlášení o Faradayově prvním zákoně, které mimo jiné obsahuje následující:

Množství látky, která podléhá oxidaci nebo redukci na každé elektrodě, je přímo úměrné množství elektřiny, která prochází buňkou.

Faradayův první zákon lze vyjádřit matematicky takto:

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

m = hmotnost látky nanesené na elektrodu (gramy).

Q = elektrický náboj, který prošel roztokem v coulombech.

F = Faradayova konstanta.

M = atomová hmotnost prvku

Z = valenční číslo prvku.

M / z představuje ekvivalentní hmotnost.

Druhý zákon

Snížené nebo oxidované množství chemikálie na elektrodě je úměrné její ekvivalentní hmotnosti.

Faradayův druhý zákon lze napsat následovně:

m = (Q / F) x PEq

Použití při odhadování elektrochemického rovnovážného potenciálu iontu

Znalost elektrochemického rovnovážného potenciálu různých iontů je v elektrofyziologii důležitá. Lze jej vypočítat pomocí následujícího vzorce:

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

Vion = elektrochemický rovnovážný potenciál iontu

R = plynová konstanta, vyjádřená jako: 8,31 J. mol- ¹. K

T = teplota vyjádřená ve stupních Kelvinů

Ln = přirozený nebo přirozený logaritmus

z = valence iontu

F = Faradayova konstanta

C1 a C2 jsou koncentrace stejného iontu. C1 může být například koncentrace iontu mimo buňku a C2, jeho koncentrace uvnitř buňky.

Toto je příklad použití Faradayovy konstanty a toho, jak bylo její zřízení velmi využito v mnoha oblastech výzkumu a znalostí.

Reference

1. Wikipedia. (2018). Faradayova konstanta. Obnoveno z: en.wikipedia.org
2. Procvičujte vědu. (27. března 2013). Faradayova elektrolýza. Obnoveno z: Practicaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). Manuál fyziologie a biofyziky. 2 ^dává vydání. Editorial Clemente Editores CA
4. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie. (8. ed.). CENGAGE Učení.
5. Giunta C. (2003). Faradayova elektrochemie. Obnoveno z: web.lemoyne.edu