FARADAY-ÁLLANDÓ: KÍSÉRLETI ASPEKTUSOK, PÉLDA, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A Faraday-állandó egy villamosenergia mennyiségi egysége, amely megfelel egy molekula elektronok nyereségének vagy veszteségének egy elektród által; és ezért 6,022 · 10 ²³ elektron áthaladásakor.

Ezt az állandót az F betű is képviseli, amelyet Faraday-nak hívnak. Az egyik F jelentése 96 485 kulom / mol. A viharos égbolt villámlása alapján képet kaphat az F árammennyiségről.

Forrás: Pixnio

A (c) coulomb az a töltésmennyiség, amely egy vezetéken egy adott ponton áthalad, amikor 1 ampernyi áram áramlik egy másodpercig. Ezenkívül az áram egy amperje egyenlő egy coulomb / másodperc (C / s) értékkel.

Ha 6,022 · 10 ²³ elektron áramlása van (Avogadro-szám), kiszámolható az ehhez tartozó elektromos töltés mennyisége. Hogyan?

Ismerve az egyes elektronok töltését (1,602 · 10 ^-19 coulomb) és megszorozzuk azokat NA-val, Avogadro-számmal (F = Na · e ^-). Az eredmény a kezdetben meghatározottak szerint: 96 485,3365 C / mol e ^-, általában 96 500 C / mol-ra kerekítve.

A Faraday állandó kísérleti szempontjai

Az elektródban előállított vagy elfogyasztott elektronok mólarányát úgy lehet megismerni, hogy meghatározzák egy elem mennyiségét, amely az elektrolízis során lerakódik a katódra vagy az anódra.

A Faraday-állandó értékét az elektrolízisben lerakódott ezüst mennyiségének egy bizonyos elektromos árammal történő megmérésével kaptuk meg; megmérjük a katódot az elektrolízis előtt és után. Ezenkívül, ha az elem atomtömege ismert, kiszámítható a fémnek az elektródra lerakódott molok száma.

Mivel ismeretes a kapcsolat a fém moláris száma között, amely a katódon lerakódik az elektrolízis során, és a folyamatban átvitt elektronok mólaránya között, összefüggést lehet megállapítani a szállított elektromos töltés és a szám között. az átadott elektronmolok száma.

A feltüntetett kapcsolat állandó értéket ad (96,485). Később ezt az értéket Faraday állandójának nevezték az angol kutató tiszteletére.

Michael Faraday

Michael Faraday, egy brit kutató 1711. szeptember 22-én született Newingtonban. Hamiltonban, 1867. augusztus 25-én, 75 éves korában halt meg.

Tanult az elektromágnesességről és az elektrokémiaról. Felfedezései között szerepel az elektromágneses indukció, a diamagnetizmus és az elektrolízis.

Az elektronmólok és a Faraday-állandó összefüggése

Az alábbi három példa szemlélteti az átvitt elektronok mólja és a Faraday-állandó kapcsolatát.

A vizes oldatban lévő Na ⁺ egy elektronot nyer a katódnál, és 1 mol fém Na kerül lerakódásra, és 1 mol elektronot fogyaszt, ami 96.500 coulomb (1 F) töltésnek felel meg.

A vizes oldatban levő Mg ²⁺ két elektronot nyer a katódnál, és 1 mol fém Mg kerül lerakódásra, és 2 mol elektronot fogyaszt, ami 2x96.500 coulomb töltésnek felel meg.

Al ³⁺ vizes oldatban nyereséget három elektronok a katód és 1 mól fém Al letétbe, fogyaszt 3 mól elektron megfelelő díjat a 3 × 96,500 coulomb (3 F).

Az elektrolízis numerikus példája

Számítsuk ki az elektrolízis során a katódon lerakódott réz (Cu) tömegét 2,5 amper (C / s vagy A) áram intenzitással 50 percig. Az áram a réz (II) oldatán keresztül áramlik. A Cu atomtömege = 63,5 g / mol.

A réz (II) ionok fémes rézré történő redukciójának egyenlete a következő:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

Minden 2 mól elektronra 63,5 g Cu (atomtömeg) helyezkedik el a katódon, ami egyenértékű 2-gyel (9,65 · 10 ⁴ coulomb / mol). Vagyis 2 Faraday.

Az első részben meghatározzuk az elektrolitikus cellán átmenő coulombok számát. 1 amper egyenlő 1 kulom / másodpercben.

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

7,5 x 10 ³ C

Ezután a réz tömegének kiszámításához, amelyet egy 7,5x10 ³ C- os elektromos áram táplál, a Faraday-állandót kell használni:

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

Faraday elektrolízis-törvényei

Első törvény

Az elektródra lerakódott anyag tömege közvetlenül arányos az elektródra juttatott villamos energia mennyiségével. Ez Faraday első törvényének elfogadott nyilatkozata, amely többek között a következőkben létezik:

Az anyag mennyisége, amely minden elektródon oxidálódik vagy redukálódik, közvetlenül arányos a cellán áthaladó villamosenergia mennyiségével.

Faraday első törvénye matematikailag a következőképpen fejezhető ki:

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

m = az elektródra lerakódott anyag tömege (grammban).

Q = az oldaton coulombs-on áthaladó elektromos töltés.

F = Faraday állandója.

M = az elem atomtömege

Z = az elem valenciaszáma.

M / z jelöli az egyenértékű súlyt

Második törvény

Az elektródon lévő vegyi anyag csökkent vagy oxidált mennyisége arányos annak ekvivalens súlyával.

Faraday második törvénye a következőképpen írható:

m = (Q / F) x PEq

Használat egy ion elektrokémiai egyensúlyi potenciáljának becsléséhez

A különböző ionok elektrokémiai egyensúlyi potenciáljának ismerete fontos az elektrofiziológiában. Kiszámítható az alábbi képlet alkalmazásával:

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

Vion = egy ion elektrokémiai egyensúlyi potenciálja

R = gázállandó, kifejezve: 8,31 Jmol ^-1. K

T = hőmérséklet Kelvin-fokban kifejezve

Ln = természetes vagy természetes logaritmus

z = az ion vegyértéke

F = Faraday állandó

C1 és C2 ugyanazon ion koncentrációi. C1 lehet például az ion koncentrációja a cellán kívül, és C2, annak koncentrációja a cellán belül.

Ez egy példa a Faraday-állandó használatára és arra, hogy annak létrehozása milyen sok hasznot hozott a kutatás és a tudás számos területén.

Irodalom

1. Wikipedia. (2018). Faraday állandó. Helyreállítva: en.wikipedia.org
2. Gyakorlati tudomány. (2013. március 27.). Faraday elektrolízise. Helyreállítva: prakticaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). A fiziológia és biofizika kézikönyve. A 2. kiadás ^kiadja. Szerkesztői Clemente Editores CA
4. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
5. Giunta C. (2003). Faraday elektrokémia. Helyreállítva: web.lemoyne.edu