FARADAYN VAKIO: KOKEELLISET NÄKÖKOHDAT, ESIMERKIKSI KÄYTTÖ - KEMIA - 2025

Faradayn vakio on kvantitatiivinen yksikkö sähköä, joka vastaa vahvistuksen tai menetys yhden moolin elektroneja elektrodista; ja siksi 6,022 · 10 ²³ elektronin kulkiessa.

Tätä vakioita edustaa myös kirjain F, nimeltään Faraday. Yksi F on 96 485 hiukkasta / mooli. Myrskyisen taivaan salaman kautta saat kuvan sähkön määrästä F.

Lähde: Pixnio

Coulomb (c) määritellään varauksen määräksi, joka kulkee tietyn pisteen läpi johtimessa, kun 1 ampeerin virta virtaa sekunnin ajan. Myös yksi virran ampeeri on yhtä kuin yksi coulomb sekunnissa (C / s).

Kun virtaus on 6,022 · 10 ²³ elektronia (Avogarron luku), sen vastaavan sähkövarauksen määrä voidaan laskea. Miten?

Tietäen yksittäisen elektronin varauksen (1,602 · 10 ^-19 hiukkasia) ja kertomalla se NA: lla, Avogadro-luku (F = Na · e ^-). Tulos on, kuten alussa määriteltiin, 96 485,3365 C / mol e ^-, pyöristettynä yleensä arvoon 96 500 C / mol.

Faradayn vakion kokeelliset näkökohdat

Elektrodissa tuotettujen tai kulutettujen elektromien lukumäärä voidaan tietää määrittämällä katodille tai anodille kerrostuneen elementin määrä elektrolyysin aikana.

Faraday-vakion arvo saatiin punnitsemalla elektrolyysiin kerääntyneen hopean määrä tietyllä sähkövirralla; punnitaan katodi ennen ja jälkeen elektrolyysin. Lisäksi, jos elementin atomipaino tunnetaan, elektrodille kerrostetun metallin moolimäärä voidaan laskea.

Koska katodiin elektrolyysin aikana kerrostuneen metallin moolimäärän ja prosessissa siirrettyjen elektronien moolimäärien välinen suhde tunnetaan, toimitetun sähkövarauksen ja lukumäärän välinen suhde voidaan vahvistaa. siirrettyjen elektronien moolien määrä.

Osoitettu suhde antaa vakioarvon (96 485). Myöhemmin tätä arvoa kutsuttiin englantilaisen tutkijan kunniaksi Faradayn vakioon.

Michael Faraday

Brittiläinen tutkija Michael Faraday syntyi Newingtonissa 22. syyskuuta 1791. Hän kuoli Hamptonissa 25. elokuuta 1867 75 vuoden ikäisenä.

Hän opiskeli sähkömagneettisuutta ja sähkökemiaa. Hänen löytöjään kuuluvat sähkömagneettinen induktio, diamagnetismi ja elektrolyysi.

Suhde elektronien moolien ja Faradayn vakion välillä

Kolme esimerkkiä kuvaavat siirrettyjen elektronien moolien ja Faraday-vakion välistä suhdetta.

Vesiliuoksessa oleva Na ⁺ saa yhden elektronin katodilla ja 1 mooli metallista Na: a kerrostuu, kuluttaen 1 mooli elektroneja vastaaen varausta 96 500 kuljussa (1 F).

Vesipitoisessa liuoksessa oleva Mg ²⁺ saa kaksi elektronia katodilla ja 1 mooli metallista Mg kerääntyy, kuluttaen 2 moolia elektroneja, mikä vastaa varausta 2 x 96 500 hiukkasta (2 F).

Vesipitoisessa liuoksessa oleva Al ³⁺ saa kolme elektronia katodilla ja 1 mooli metallista Alia kerrostuu, kuluttaen 3 moolia elektroneja, mikä vastaa 3 x 96 500 hiukkasen varausta (3 F).

Numeerinen esimerkki elektrolyysistä

Lasketaan katodiin elektrolyysiprosessin aikana kerrostuneen kuparin (Cu) massa siten, että virran voimakkuus on 2,5 ampeeria (C / s tai A) 50 minuutin ajan. Virta virtaa kupariliuoksen (II) läpi. Cu: n atomipaino = 63,5 g / mol.

Yhtälö kupari (II) -ionien pelkistykseksi metallikupariksi on seuraava:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

63,5 g Cu (atomipaino) kerrostuu katodiin jokaiselle 2 elektronimoolille, joka vastaa yhtä kuin 2 (9,65 · 10 ⁴ kulmaosaa / mooli). Eli 2 Faraday.

Ensimmäisessä osassa määritetään elektrolyyttisen kennon läpi kulkevien mäntien lukumäärä. 1 ampeeri yhtä suuri kuin 1 coulomb / sekunti.

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

7,5 x 10 ³ C

Sitten Faradayn vakiona lasketaan kuparin massa, jonka kerrostettu sähkövirralla, joka syöttää 7,5 x 10 ³ C: ta:

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

Faradayn lait elektrolyysistä

Ensimmäinen laki

Elektrodille kerrostuneen aineen massa on suoraan verrannollinen elektrodiin siirretyn sähkön määrään. Tämä on Faradayn ensimmäisen lain hyväksytty lausunto, joka sisältää muun muassa seuraavat lausunnot:

Aineen määrä, joka hapettuu tai pelkistyy jokaisessa elektrodissa, on suoraan verrannollinen solun läpi kulkevan sähkön määrään.

Faradayn ensimmäinen laki voidaan ilmaista matemaattisesti seuraavasti:

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

m = elektrodille laskeutuneen aineen massa (grammoina).

Q = sähkövaraus, joka kulki liuoksen läpi kuljussa.

F = Faradayn vakio.

M = alkuaineen atomipaino

Z = elementin valenssiluku.

M / z edustaa vastaavaa painoa.

Toinen laki

Kemikaalin vähentynyt tai hapettunut määrä elektrodilla on verrannollinen sen ekvivalenttipainoon.

Faradayn toinen laki voidaan kirjoittaa seuraavasti:

m = (Q / F) x PEq

Käyttö ionin sähkökemiallisen tasapainopotentiaalin arviointiin

Eri ionien sähkökemiallisen tasapainopotentiaalin tuntemus on tärkeätä elektrofysiologiassa. Se voidaan laskea käyttämällä seuraavaa kaavaa:

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

Vion = ionin sähkökemiallinen tasapainopotentiaali

R = kaasuvakio, ilmaistuna: 8,31 J. mol- ¹. K

T = lämpötila ilmaistuna kelvin-asteina

Ln = luonnollinen tai luonnollinen logaritmi

z = ionin valenssi

F = Faradayn vakio

C1 ja C2 ovat saman ionin pitoisuudet. C1 voi olla esimerkiksi ionin konsentraatio solun ulkopuolella, ja C2, sen konsentraatio solun sisällä.

Tämä on esimerkki Faraday-vakion käytöstä ja siitä, kuinka sen perustamisella on ollut paljon hyötyä monilla tutkimus- ja tietoalueilla.

Viitteet

1. Wikipedia. (2018). Faradayn vakio. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
2. Harjoittele tiedettä. (27. maaliskuuta 2013). Faradayn elektrolyysi. Palautettu osoitteesta: prakticaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). Fysiologian ja biofysiikan käsikirja. 2 ^antaa painos. Toimituksellinen Clemente Editores CA
4. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia. (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
5. Giunta C. (2003). Faraday-elektrokemia. Palautettu osoitteesta: web.lemoyne.edu