FARADAYOVA KONŠTANTA: EXPERIMENTÁLNE ASPEKTY, PRÍKLADY POUŽITIA - CHÉMIA

Faradayova konštanta je kvantitatívne jednotka elektriny, ktorá zodpovedá zisku alebo straty jedného mólu elektrónov na elektródy; a teda pri priechode 6 622 10 ²³ elektrónov.

Túto konštantu predstavuje aj písmeno F, ktoré sa nazýva Faraday. Jeden F sa rovná 96,485 coulomb / mol. Z blesku v búrlivej oblohe získate predstavu o množstve elektriny na F.

Zdroj: Pixnio

Coulomb (c) je definovaný ako množstvo náboja, ktoré prechádza daným bodom na vodiči, keď 1 sekunda elektrického prúdu tečie jednu sekundu. Tiež jeden prúd prúdu sa rovná jednému coulombu za sekundu (C / s).

Ak je k dispozícii prúd 6 622 10 ²³ elektrónov (Avogadrovo číslo), je možné vypočítať množstvo elektrického náboja, ktorému zodpovedá. Ako?

Avogadrovo číslo (F = Na · e ^- ) , ktoré pozná náboj jednotlivého elektrónu (1 602,10 ^-19 coulomb) a vynásobí ho NA . Výsledok je, ako je definované na začiatku, 96 485 336 C / mol e ^- , obvykle zaokrúhlený na 96 500 C / mol.

Experimentálne aspekty Faradayovej konštanty

Počet mólov elektrónov, ktoré sú produkované alebo spotrebované v elektróde, môže byť známy stanovením množstva prvku, ktorý sa počas elektrolýzy ukladá na katóde alebo anóde.

Hodnota Faradayovej konštanty sa získala vážením množstva striebra uloženého pri elektrolýze určitým elektrickým prúdom; váženie katódy pred a po elektrolýze. Tiež, ak je známa atómová hmotnosť prvku, je možné vypočítať počet mólov kovu uloženého na elektróde.

Pretože je známy vzťah medzi počtom mólov kovu, ktorý sa ukladá na katóde počas elektrolýzy, a počtom mólov elektrónov, ktoré sa prenášajú v procese, je možné zistiť vzťah medzi dodávaným elektrickým nábojom a počtom molov prenášaných elektrónov.

Uvedený vzťah dáva konštantnú hodnotu (96 485). Neskôr sa táto hodnota nazvala na počesť anglického výskumníka Faradayovou konštantou.

Michael Faraday

Britský vedecký pracovník Michael Faraday sa narodil 22. septembra 1791 v Newingtonu. Zomrel v Hamptonu 25. augusta 1867 vo veku 75 rokov.

Študoval elektromagnetizmus a elektrochémiu. Medzi jeho objavy patrí elektromagnetická indukcia, diamagnetizmus a elektrolýza.

Vzťah medzi mólmi elektrónov a Faradayovou konštantou

Tri príklady uvedené nižšie ilustrujú vzťah medzi mólmi prenášaných elektrónov a Faradayovou konštantou.

Na ⁺ vo vodnom roztoku získa jeden elektrón na katóde a nanesie sa 1 mól kovového Na, čo spotrebuje 1 mól elektrónov, čo zodpovedá náboju 96 500 coulomb (1 F).

Mg2 ⁺ vo vodnom roztoku získava dva elektróny na katóde a ukladá sa 1 mol kovového Mg, pričom sa spotrebujú 2 móly elektrónov, ktoré zodpovedajú náboju 2 × 96 500 coulomb (2 F).

Al ³⁺ vo vodnom roztoku získava tri elektróny na katóde a ukladá sa 1 mól kovového Al, pričom sa spotrebujú 3 móly elektrónov, čo zodpovedá náboji 3 × 96 500 coulombov (3 F).

Numerický príklad elektrolýzy

Vypočítajte hmotnosť medi (Cu), ktorá sa nanesie na katódu počas elektrolytického procesu, s prúdovou intenzitou 2,5 ampér (C / s alebo A) aplikovanou počas 50 minút. Prúd tečie cez roztok medi (II). Atómová hmotnosť Cu = 63,5 g / mol.

Rovnica na redukciu iónov medi (II) na kovovú meď je nasledovná:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

63,5 g Cu (atómová hmotnosť) sa ukladajú na katóde na každých 2 mólami elektrónov, ktoré je ekvivalentné 2 (9,65 x 10 ⁴ coulomb / mol). To znamená, 2 Faraday.

V prvej časti je stanovený počet coulombov, ktoré prechádzajú elektrolytickým článkom. 1 ampér sa rovná 1 coulomb / sekundu.

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

7,5 x 10 ³ C

Potom sa na výpočet hmotnosti medi naneseného pomocou elektrického prúdu, ktorý dodáva 7,5 x 10 ³ C, použije sa Faradayova konštanta:

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

Faradayove zákony týkajúce sa elektrolýzy

Prvý zákon

Hmota látky uloženej na elektróde je priamo úmerná množstvu elektriny prenesenej na elektródu. Toto je akceptované vyhlásenie prvého Faradayovho zákona, ktoré okrem iného obsahuje:

Množstvo látky, ktorá podlieha oxidácii alebo redukcii na každej elektróde, je priamo úmerné množstvu elektriny, ktorá prechádza bunkou.

Faradayov prvý zákon možno vyjadriť matematicky takto:

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

m = hmotnosť látky nanesenej na elektródu (gramy).

Q = elektrický náboj, ktorý prešiel cez roztok v coulomboch.

F = Faradayova konštanta.

M = atómová hmotnosť prvku

Z = valenčné číslo prvku.

M / z predstavuje ekvivalentnú hmotnosť.

Druhý zákon

Znížené alebo oxidované množstvo chemikálie na elektróde je úmerné jej ekvivalentnej hmotnosti.

Faradayov druhý zákon možno písať takto:

m = (Q / F) x PEq

Použitie pri odhadovaní elektrochemického rovnovážneho potenciálu iónu

Znalosť elektrochemického rovnovážneho potenciálu rôznych iónov je dôležitá v elektrofyziológii. Môže sa vypočítať pomocou tohto vzorca:

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

Vion = elektrochemický rovnovážny potenciál iónu

R = plynová konštanta, vyjadrená ako: 8,31 J. mol- ¹ . K

T = teplota vyjadrená v stupňoch Kelvinov

Ln = prírodný alebo prírodný logaritmus

z = valencia iónu

F = Faradayova konštanta

C1 a C2 sú koncentrácie rovnakého iónu. C1 môže byť napríklad koncentrácia iónu mimo bunky a C2, jej koncentrácia vo vnútri bunky.

Toto je príklad použitia Faradayovej konštanty a toho, ako sa jej zriadenie veľmi využívalo v mnohých oblastiach výskumu a vedomostí.

Referencie

Wikipedia. (2018). Faradayova konštanta. Obnovené z: en.wikipedia.org
Prax Veda. (27. marca 2013). Faradayova elektrolýza. Získané z: Practicaciencia.blogspot.com
Montoreano, R. (1995). Manuál fyziológie a biofyziky. 2 ^dáva vydanie. Editorial Clemente Editores CA
Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
Giunta C. (2003). Faradayova elektrochémia. Obnovené z: web.lemoyne.edu

FARADAYOVA KONŠTANTA: EXPERIMENTÁLNE ASPEKTY, PRÍKLADY POUŽITIA - CHÉMIA - 2024