STAŁA FARADAYA: ASPEKTY EKSPERYMENTALNE, PRZYKŁAD, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Stała Faraday'a jest jednostką ilościowy energii, która odpowiada przyrostu lub straty jednego mola elektronów elektrody; a zatem przy przejściu 6,022 · 10 ²³ elektronów.

Ta stała jest również reprezentowana przez literę F, zwaną Faraday. Jeden F wynosi 96 485 kulombów / mol. Na podstawie błyskawicy na burzowym niebie można zorientować się, ile energii elektrycznej wynosi F.

Źródło: Pixnio

Kulomb (c) definiuje się jako ilość ładunku, która przechodzi przez dany punkt na przewodniku, gdy 1 amper prądu elektrycznego przepływa przez jedną sekundę. Ponadto jeden amper prądu jest równy jednemu kulombowi na sekundę (C / s).

Kiedy istnieje przepływ 6,022 · 10 ²³ elektronów (liczba Avogadro), można obliczyć ilość ładunku elektrycznego, któremu odpowiada. W jaki sposób?

Znajomość ładunku pojedynczego elektronu (1 602 · ^10-19 kulombów) i pomnożenie go przez NA, liczbę Avogadro (F = Na · e ^- ). Wynik to, jak określono na początku, 96 485,3365 C / mol e ^- , zwykle w zaokrągleniu do 96 500 C / mol.

Eksperymentalne aspekty stałej Faradaya

Liczbę moli elektronów, które są wytwarzane lub zużywane w elektrodzie, można poznać przez określenie ilości pierwiastka, który jest osadzany na katodzie lub anodzie podczas elektrolizy.

Wartość stałej Faradaya otrzymano poprzez zważenie ilości srebra osadzonego w elektrolizie przez określony prąd elektryczny; ważenie katody przed i po elektrolizie. Ponadto, jeśli znana jest masa atomowa pierwiastka, można obliczyć liczbę moli metalu osadzonego na elektrodzie.

Ponieważ znany jest związek między liczbą moli metalu, który osadza się na katodzie podczas elektrolizy, a liczbą moli elektronów przenoszonych w tym procesie, można ustalić zależność między dostarczonym ładunkiem elektrycznym a liczbą liczby moli przenoszonych elektronów.

Wskazana zależność daje stałą wartość (96 485). Później wartość tę nazwano, na cześć angielskiego badacza, stałą Faradaya.

Michael Faraday

Michael Faraday, brytyjski badacz, urodził się w Newington 22 września 1791 r. Zmarł w Hampton 25 sierpnia 1867 r. W wieku 75 lat.

Studiował elektromagnetyzm i elektrochemię. Jego odkrycia obejmują indukcję elektromagnetyczną, diamagnetyzm i elektrolizę.

Związek między molami elektronów a stałą Faradaya

Trzy poniższe przykłady ilustrują zależność między liczbą moli przenoszonych elektronów a stałą Faradaya.

Na ⁺ w roztworze wodnym zyskuje jeden elektron na katodzie i osadza się 1 mol metalicznego Na, zużywając 1 mol elektronów, co odpowiada ładunkowi 96,500 kulombów (1 F).

Mg ²⁺ w roztworze wodnym zyskuje dwa elektrony na katodzie i osadza się 1 mol metalicznego Mg, zużywając 2 mole elektronów, co odpowiada ładunkowi 2 x 96,500 kulombów (2 F).

Al ³⁺ w roztworze wodnym zyskuje trzy elektrony na katodzie i osadza się 1 mol metalicznego Al, pochłaniając 3 mole elektronów, co odpowiada ładunkowi 3 x 96,500 kulombów (3 F).

Numeryczny przykład elektrolizy

Obliczyć masę miedzi (Cu), która osadza się na katodzie podczas procesu elektrolizy, przy natężeniu prądu 2,5 ampera (C / s lub A) przyłożonym przez 50 minut. Prąd przepływa przez roztwór miedzi (II). Masa atomowa Cu = 63,5 g / mol.

Równanie redukcji jonów miedzi (II) do metalicznej miedzi jest następujące:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

Na katodzie osadza się 63,5 g Cu (masa atomowa) na każde 2 mole elektronów, co odpowiada 2 (9,65 · 10 ⁴ kulombów / mol). To znaczy 2 Faraday.

W pierwszej części określa się liczbę kulombów przechodzących przez elektrolizer. 1 amper to 1 kulomb / sekundę.

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

7,5 x 10 ³ C

Następnie, aby obliczyć masę miedzi osadzonej przez prąd elektryczny dostarczający 7,5 x 10 ³ C, stosuje się stałą Faradaya:

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

Prawa Faradaya dotyczące elektrolizy

Pierwsza zasada

Masa substancji osadzonej na elektrodzie jest wprost proporcjonalna do ilości energii elektrycznej przekazanej do elektrody. Jest to przyjęte stwierdzenie pierwszego prawa Faradaya, które zawiera między innymi następujące stwierdzenia:

Ilość substancji, która ulega utlenianiu lub redukcji na każdej elektrodzie, jest wprost proporcjonalna do ilości energii elektrycznej, która przechodzi przez ogniwo.

Pierwsze prawo Faradaya można wyrazić matematycznie w następujący sposób:

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

m = masa substancji osadzonej na elektrodzie (gramy).

Q = ładunek elektryczny, który przeszedł przez roztwór w kulombach.

F = stała Faradaya.

M = masa atomowa pierwiastka

Z = liczba walencyjna elementu.

M / z oznacza równoważną wagę.

Drugie prawo

Zmniejszona lub utleniona ilość substancji chemicznej na elektrodzie jest proporcjonalna do jej równoważnej masy.

Drugie prawo Faradaya można zapisać następująco:

m = (Q / F) x PEq

Zastosowanie w szacowaniu potencjału równowagi elektrochemicznej jonu

Znajomość potencjału równowagi elektrochemicznej różnych jonów jest ważna w elektrofizjologii. Można to obliczyć stosując następujący wzór:

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

Vion = elektrochemiczny potencjał równowagi jonu

R = stała gazowa, wyrażona jako: 8,31 J.mol ^-1 . K.

T = temperatura wyrażona w stopniach Kelvina

Ln = logarytm naturalny lub naturalny

z = wartościowość jonu

F = stała Faradaya

C1 i C2 to stężenia tego samego jonu. C1 może być na przykład stężeniem jonu na zewnątrz komórki, a C2 jego stężeniem wewnątrz komórki.

To jest przykład użycia stałej Faradaya i tego, jak jej ustanowienie było bardzo przydatne w wielu dziedzinach badań i wiedzy.

Bibliografia

1. Wikipedia. (2018). Stała Faradaya. Odzyskane z: en.wikipedia.org
2. Praktykuj naukę. (27 marca 2013). Elektroliza Faradaya. Odzyskany z: Practicaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). Podręcznik fizjologii i biofizyki. 2 ^daje wydanie. Od redakcji Clemente Editores CA
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
5. Giunta C. (2003). Elektrochemia Faradaya. Odzyskany z: web.lemoyne.edu