CONSTANTA FARADAY: ASPECTE EXPERIMENTALE, DE EXEMPLU, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Constanta Faraday este o unitate cantitativă a energiei electrice care corespunde câștigului sau pierderii unui mol de electroni de către un electrod; și, prin urmare, la trecerea de 6,022 · 10 ²³ electroni.

Această constantă este reprezentată și de litera F, numită Faraday. Un F este echivalent cu 96 485 coulomb / aluniță. Din fulgerul din cerul furtunos, vă faceți o idee despre cantitatea de energie electrică de un F.

Sursa: Pixnio

Coulomb (c) este definit ca cantitatea de încărcare care trece printr-un punct dat pe un conductor, atunci când 1 ampere de curent electric curge o secundă. De asemenea, un amper de curent este egal cu un coulomb pe secundă (C / s).

Când există un flux de 6.022 · 10 ²³ electroni (numărul lui Avogadro), cantitatea de sarcină electrică căreia îi corespunde poate fi calculată. Cum?

Cunoașterea încărcăturii unui electron individual (1.602 · 10 ^-19 coulomb) și înmulțirea acesteia cu NA, numărul lui Avogadro (F = Na · e ^- ). Rezultatul este, așa cum este definit la început, 96.485.3365 C / mol e ^- , de obicei rotunjit la 96.500C / mol.

Aspecte experimentale ale constantei Faraday

Numărul de moli de electroni care sunt produși sau consumați într-un electrod poate fi cunoscut prin determinarea cantității unui element care este depus pe catod sau anod în timpul electrolizei.

Valoarea constantei Faraday a fost obținută prin cântărirea cantității de argint depus în electroliză de un anumit curent electric; cântărirea catodului înainte și după electroliză. De asemenea, dacă se cunoaște greutatea atomică a elementului, se poate calcula numărul de aluniți ai metalului depus pe electrod.

Deoarece este cunoscută relația dintre numărul de moli dintr-un metal care este depus pe catod în timpul electrolizei și numărul de aluni de electroni transferați în proces, se poate stabili o relație între sarcina electrică furnizată și numărul de moli de electroni transferați.

Relația indicată dă o valoare constantă (96,485). Ulterior, această valoare a fost numită, în onoarea cercetătorului englez, constanta lui Faraday.

Michael Faraday

Michael Faraday, un cercetător britanic, s-a născut la Newington, la 22 septembrie 1791. A murit la Hampton, la 25 august 1867, la vârsta de 75 de ani.

A studiat electromagnetismul și electrochimia. Descoperirile sale includ inducția electromagnetică, diamagnetismul și electroliza.

Relația dintre alunitele electronilor și constanta Faraday

Cele trei exemple de mai jos ilustrează relația dintre alunitele electronilor transferați și constanta Faraday.

Na ⁺ în soluție apoasă câștigă un electron la catod și se depune 1 mol de Na metalic, consumând 1 mol de electroni corespunzând unei încărcări de 96.500 coulomb (1 F).

Mg ²⁺ în soluție apoasă câștigă doi electroni la catod și se depune 1 mol de Mg metalic, consumând 2 moli de electroni care corespund unei încărcări de 2 × 96 500 coulomb (2 F).

Al ³⁺ în soluție apoasă câștigă trei electroni la catod și se depune 1 mol de Al metalic, consumând 3 moli de electroni corespunzând unei încărcări de 3 × 96 500 coulomb (3 F).

Exemplu numeric de electroliză

Calculați masa de cupru (Cu) care este depusă pe catod în timpul unui proces de electroliză, cu o intensitate de curent de 2,5 amperi (C / s sau A) aplicată timp de 50 de minute. Curentul curge printr-o soluție de cupru (II). Greutatea atomică a Cu = 63,5 g / mol.

Ecuația pentru reducerea ionilor de cupru (II) la cupru metalic este următoarea:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

63,5 g de Cu (greutate atomică) sunt depuse pe catod pentru fiecare 2 moli de electroni, echivalent cu 2 (9,65 · 10 ⁴ coulomb / aluniță). Adică 2 Faraday.

În prima parte, este determinat numărul de combombi care trec prin celula electrolitică. 1 ampere este egal cu 1 coulomb / secundă.

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

7,5 x 10 ³ C

Apoi, pentru a calcula masa de cupru depusă de un curent electric care furnizează 7,5 x 10 ³ C, se folosește constanta Faraday:

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

Legile lui Faraday pentru electroliză

Prima lege

Masa unei substanțe depuse pe un electrod este direct proporțională cu cantitatea de electricitate transferată electrodului. Aceasta este o declarație acceptată a primei legi a lui Faraday, existând, printre altele, următoarele:

Cantitatea unei substanțe care suferă oxidare sau reducere la fiecare electrod este direct proporțională cu cantitatea de electricitate care trece prin celulă.

Prima lege a lui Faraday poate fi exprimată matematic astfel:

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

m = masa substanței depuse pe electrod (grame).

Q = sarcina electrică care a trecut prin soluție în combombi.

F = constanta lui Faraday.

M = greutatea atomică a elementului

Z = numărul de valență al elementului.

M / z reprezintă greutatea echivalentă.

A doua lege

Cantitatea redusă sau oxidată a unei substanțe chimice pe un electrod este proporțională cu greutatea echivalentă a acesteia.

A doua lege a lui Faraday poate fi scrisă după cum urmează:

m = (Q / F) x PEq

Utilizare pentru estimarea potențialului de echilibru electrochimic al unui ion

Cunoașterea potențialului de echilibru electrochimic al diferiților ioni este importantă în electrofiziologie. Poate fi calculată aplicând următoarea formulă:

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

Vion = potențialul de echilibru electrochimic al unui ion

R = constanta de gaz, exprimată ca: 8,31 J.mol ^-1 . K

T = temperatura exprimată în grade Kelvin

Ln = logaritm natural sau natural

z = valența ionului

F = constanta Faraday

C1 și C2 sunt concentrațiile aceluiași ion. C1 poate fi, de exemplu, concentrația ionului în afara celulei și C2, concentrația acestuia în interiorul celulei.

Acesta este un exemplu de utilizare a constantei Faraday și modul în care înființarea ei a fost de mare folos în multe domenii de cercetare și cunoaștere.

Referințe

1. Wikipedia. (2018). Constantă Faraday. Recuperat de la: en.wikipedia.org
2. Practică știința. (27 martie 2013). Electroliza lui Faraday. Recuperat de la: practicaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995). Manual de fiziologie și biofizică. 2 ^dă Ediția. Editorial Clemente Editores CA
4. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
5. Giunta C. (2003). Electrochimia Faraday. Recuperat din: web.lemoyne.edu