קבוע של פאראדיי: היבטים ניסיוניים, דוגמה, שימושים - כִּימִיָה - 2025

קבוע פאראדיי היא יחידה כמותית של חשמל שמתאים רווח או הפסד של החפרפרת אחד של אלקטרונים על ידי אלקטרודה; ולכן, במעבר של 6.022 · 10 ²³ אלקטרונים.

קבוע זה מיוצג גם על ידי האות F, המכונה פאראדיי. F אחד שווה ל 96,485 קולומב / שומה. מהברקים בשמים סוערים אתה מקבל מושג על כמות החשמל לפ '.

מקור: Pixnio

הקולומב (c) מוגדר ככמות המטען העוברת בנקודה נתונה על המוליך, כאשר זרם חשמלי אחד זרם לשנייה אחת. כמו כן אמפר זרם אחד שווה ל- coulomb אחד לשנייה (C / s).

כאשר ישנה זרימה של 6.022 · 10 ²³ אלקטרונים (המספר של Avogadro), ניתן לחשב את כמות המטען החשמלי שאליו הוא תואם. אֵיך?

בידיעת המטען של אלקטרון בודד (1,602 · 10 ^-19 קולומב) וכפלתו ב NA, המספר של אבוגדרו (F = Na · e ^- ). התוצאה היא, כהגדרתה בתחילת הדרך, 96,485.3365 צ / מ e ^- , בדרך כלל מעוגלת ל 96,500 צ / מ.

היבטים ניסיוניים של קבוע פאראדיי

ניתן לדעת את מספר שומות האלקטרונים המיוצרים או נצרכים באלקטרודה על ידי קביעת כמות האלמנט המופקד על הקתודה או האנודה במהלך אלקטרוליזה.

הערך של קבוע פאראדיי הושג על ידי שקילת כמות הכסף שהופק ב אלקטרוליזה על ידי זרם חשמלי מסוים; שקילת הקתודה לפני אלקטרוליזה ואחריה. כמו כן, אם ידוע המשקל האטומי של היסוד, ניתן לחשב את מספר השומות של המתכת המופקדת על האלקטרודה.

מכיוון שידוע על הקשר בין מספר השומות של מתכת המופקדת על הקתודה במהלך האלקטרוליזה לבין מספר השומות של האלקטרונים המועברים בתהליך, ניתן ליצור קשר בין המטען החשמלי המסופק למספר של שומות אלקטרונים שהועברו.

הקשר המצוין נותן ערך קבוע (96,485). מאוחר יותר נקרא ערך זה, לכבוד החוקר האנגלי, הקבוע של פאראדיי.

מייקל פאראדיי

מייקל פאראדיי, חוקר בריטי, נולד בניוטינגטון, ב- 22 בספטמבר 1791. הוא נפטר במפטון, ב- 25 באוגוסט 1867, בגיל 75.

הוא למד אלקטרומגנטיות ואלקטרוכימיה. תגליותיו כוללות אינדוקציה אלקטרומגנטית, דיאמגנטיזם ואלקטרוליזה.

הקשר בין שומות האלקטרונים לבין קבוע פאראדיי

שלוש הדוגמאות להלן ממחישות את הקשר בין שומות האלקטרונים שהועברו לקבוע של פאראדיי.

Na ⁺ בתמיסה מימית מרוויח אלקטרון אחד בקתודה ומונח 1 מול של Na מתכתי, הצורך 1 מול של אלקטרונים המתאים למטען של 96,500 קולומב (1 F).

Mg ²⁺ בתמיסה מימית משיג שני אלקטרונים בקתודה ו 1 שומה של Mg מתכתי מופקדת, צורכת 2 שומות של אלקטרונים התואמים לטעינה של 2 × 96,500 קולומב (2 F).

Al ³⁺ בתמיסה מימית מרוויח שלושה אלקטרונים בקטודה ו 1 שומה של אל מתכתי מופקדת, צורכת 3 שומות של אלקטרונים המתאימים למטען של 3 × 96,500 קולומב (3 F).

דוגמא מספרית לאלקטרוליזה

חשב את מסת הנחושת (Cu) המופקדת על הקתודה במהלך תהליך אלקטרוליזה, בעוצמת זרם של 2.5 אמפר (C / s או A) המופעלת במשך 50 דקות. הזרם זורם דרך תמיסה של נחושת (II). משקל אטומי של Cu = 63.5 גרם למול.

המשוואה להפחתת יוני נחושת (II) לנחושת מתכתית היא כדלקמן:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

63.5 גרם Cu (משקל אטומי) מופקדים על הקתודה עבור כל 2 שומות אלקטרונים המקבילה ל 2 (9.65 · 10 ⁴ קולבול / שומה). כלומר, 2 פאראדיי.

בחלק הראשון נקבע מספר הקולומבים העוברים בתא האלקטרוליטי. אמפר אחד שווה לקולומב / שנייה.

C = 50 דקות x 60 שניות / דקה x 2.5 צלזיוס / שניות

7.5 x 10 ³ C

ואז, כדי לחשב את המסה של נחושת שהופקדה על ידי זרם חשמלי המספק 7.5 x 10 ³ C, קבוע פאראדיי משמש:

g Cu = 7.5 10 ³ C x 1 mol e ^- / 9.65 10 ⁴ C x 63.5 גרם Cu / 2 mol e ^-

2.47 גרם Cu

חוקי האלקטרוליזה של פאראדיי

חוק ראשון

מסת החומר המופקדת על אלקטרודה עומדת ביחס ישר לכמות החשמל המועברת לאלקטרודה. זוהי הצהרה מקובלת על החוק הראשון של פאראדיי, הקיים בין היתר את הדברים הבאים:

כמות החומר שעובר חמצון או הפחתה בכל אלקטרודה עומדת ביחס ישיר לכמות החשמל העוברת בתא.

החוק הראשון של פאראדיי יכול להתבטא באופן מתמטי באופן הבא:

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

m = מסה של החומר המופקד על האלקטרודה (גרם).

ש = מטען חשמלי שעבר בתמיסה בקולומבים.

F = קבוע של פאראדיי.

M = משקל אטומי של היסוד

Z = מספר הערכיות של האלמנט.

M / z מייצג את המשקל המקביל.

חוק שני

הכמות המופחתת או המחומצנת של כימיקל על אלקטרודה פרופורציונלית למשקלו המקביל.

ניתן לכתוב את החוק השני של פאראדיי באופן הבא:

m = (Q / F) x PEq

השתמש באומדן פוטנציאל שיווי המשקל האלקטרוכימי של יון

הידע בפוטנציאל שיווי המשקל האלקטרוכימי של היונים השונים הוא חשוב באלקטרופיזיולוגיה. ניתן לחשב אותו על ידי יישום הנוסחה הבאה:

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

Vion = פוטנציאל שיווי משקל אלקטרוכימי של יון

R = קבוע גז, מבוטא כ: 8.31 J.mol ^-1 . ק

T = טמפרטורה המתבטאת במעלות קלווין

Ln = לוגריתם טבעי או טבעי

z = הערכיות של היון

F = פאראדיי קבוע

C1 ו- C2 הם הריכוזים של אותו יון. C1 יכול להיות, למשל, ריכוז היון מחוץ לתא, ו- C2, ריכוזו בתוך התא.

זו דוגמא לשימוש בקבוע פאראדיי וכיצד הקמתו שימשה שימוש רב בתחומי מחקר וידע רבים.

הפניות

1. ויקיפדיה. (2018). פאראדיי קבוע. התאושש מ: en.wikipedia.org
2. לעסוק במדע. (27 במרץ, 2013). האלקטרוליזה של פאראדיי. התאושש מ: practicaciencia.blogspot.com
3. מונטוריאנו, ר '(1995). מדריך לפיזיולוגיה וביו-פיזיקה. 2 ^נותן מהדורה. עריכה Clemente Editores CA
4. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
5. ג'ונטה סי (2003). פאראדיי אלקטרוכימיה. התאושש מ: web.lemoyne.edu