FARADAYSCHE KONSTANTE: EXPERIMENTELLE ASPEKTE, BEISPIELANWENDUNGEN - CHEMIE - 2025

Die Faradaysche Konstante ist eine quantitative Einheit der Elektrizität, die dem Gewinn oder Verlust eines Mols Elektronen durch eine Elektrode entspricht; und daher beim Durchgang von 6,022 · 10 ²³ Elektronen.

Diese Konstante wird auch durch den Buchstaben F dargestellt, der Faraday genannt wird. Ein F entspricht 96.485 Coulomb / Mol. Durch den Blitz in stürmischem Himmel bekommt man eine Vorstellung von der Strommenge eines F.

Quelle: Pixnio

Das Coulomb (c) ist definiert als die Ladungsmenge, die durch einen bestimmten Punkt auf einem Leiter fließt, wenn eine Sekunde lang 1 Ampere elektrischer Strom fließt. Außerdem entspricht ein Ampere Strom einem Coulomb pro Sekunde (C / s).

Bei einem Fluss von 6,022 · 10 ²³ Elektronen (Avogadro-Zahl) kann die Menge der elektrischen Ladung berechnet werden, der sie entspricht. Wie?

Kenntnis der Ladung eines einzelnen Elektrons (1.602 · 10 ^-19 Coulomb) und Multiplikation mit NA, Avogadros Zahl (F = Na · e ^- ). Das Ergebnis ist, wie zu Beginn definiert, 96.485,3365 C / mol e ^- , üblicherweise auf 96.500 C / mol gerundet.

Experimentelle Aspekte der Faradayschen Konstante

Die Anzahl der Mol Elektronen, die in einer Elektrode erzeugt oder verbraucht werden, kann bekannt sein, indem die Menge eines Elements bestimmt wird, das während der Elektrolyse auf der Kathode oder Anode abgeschieden wird.

Der Wert der Faradayschen Konstante wurde erhalten, indem die in der Elektrolyse abgelagerte Silbermenge mit einem bestimmten elektrischen Strom gewogen wurde; Wiegen der Kathode vor und nach der Elektrolyse. Wenn das Atomgewicht des Elements bekannt ist, kann auch die Molzahl des auf der Elektrode abgelagerten Metalls berechnet werden.

Da die Beziehung zwischen der Molzahl eines Metalls, das während der Elektrolyse auf der Kathode abgeschieden wird, und der Molzahl der Elektronen, die in dem Prozess übertragen werden, bekannt ist, kann eine Beziehung zwischen der zugeführten elektrischen Ladung und der Anzahl hergestellt werden von Mol übertragenen Elektronen.

Die angegebene Beziehung ergibt einen konstanten Wert (96.485). Später wurde dieser Wert zu Ehren des englischen Forschers Faradays Konstante genannt.

Michael Faraday

Michael Faraday, ein britischer Forscher, wurde am 22. September 1791 in Newington geboren. Er starb am 25. August 1867 im Alter von 75 Jahren in Hampton.

Er studierte Elektromagnetismus und Elektrochemie. Seine Entdeckungen umfassen elektromagnetische Induktion, Diamagnetismus und Elektrolyse.

Beziehung zwischen den Molen der Elektronen und der Faradayschen Konstante

Die drei folgenden Beispiele veranschaulichen die Beziehung zwischen den Molen der übertragenen Elektronen und der Faradayschen Konstante.

Na ⁺ in wässriger Lösung gewinnt ein Elektron an der Kathode und 1 Mol metallisches Na wird abgeschieden, wobei 1 Mol Elektronen entsprechend einer Ladung von 96.500 Coulomb (1 F) verbraucht wird.

Mg ²⁺ in wässriger Lösung gewinnt zwei Elektronen an der Kathode und 1 Mol metallisches Mg wird abgeschieden, wobei 2 Mol Elektronen verbraucht werden, was einer Ladung von 2 × 96.500 Coulomb (2 F) entspricht.

Al ³⁺ in wässriger Lösung gewinnt drei Elektronen an der Kathode und 1 Mol metallisches Al wird abgeschieden, wobei 3 Mol Elektronen verbraucht werden, was einer Ladung von 3 × 96.500 Coulomb (3 F) entspricht.

Numerisches Beispiel der Elektrolyse

Berechnen Sie die Masse an Kupfer (Cu), die sich während eines Elektrolyseprozesses auf der Kathode ablagert, wobei 50 Minuten lang eine Stromstärke von 2,5 Ampere (C / s oder A) angelegt wird. Der Strom fließt durch eine Lösung von Kupfer (II). Atomgewicht von Cu = 63,5 g / mol.

Die Gleichung für die Reduktion von Kupfer (II) -Ionen zu metallischem Kupfer lautet wie folgt:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

Pro 2 Mol Elektronen werden 63,5 g Cu (Atomgewicht) auf der Kathode abgeschieden, was 2 (9,65 · 10 ⁴ Coulomb / Mol) entspricht. Das heißt, 2 Faraday.

Im ersten Teil wird die Anzahl der Coulomb bestimmt, die die Elektrolysezelle passieren. 1 Ampere entspricht 1 Coulomb / Sekunde.

C = 50 min × 60 s / min × 2,5 C / s

7,5 x 10 ³ C.

Um die Masse des Kupfers zu berechnen, das durch einen elektrischen Strom abgeschieden wird, der 7,5 x 10 ³ C liefert , wird die Faraday-Konstante verwendet:

g Cu = 7,5 10 ³ C × 1 Mol e ^- / 9,65 10 ⁴ C × 63,5 g Cu / 2 Mol e ^-

2,47 g Cu

Faradays Gesetze für die Elektrolyse

Erstes Gesetz

Die Masse einer auf einer Elektrode abgelagerten Substanz ist direkt proportional zur auf die Elektrode übertragenen Elektrizitätsmenge. Dies ist eine akzeptierte Aussage von Faradays erstem Gesetz, die unter anderem folgende Aussagen enthält:

Die Menge einer Substanz, die an jeder Elektrode oxidiert oder reduziert wird, ist direkt proportional zur Menge an Elektrizität, die durch die Zelle fließt.

Faradays erstes Gesetz kann mathematisch wie folgt ausgedrückt werden:

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

m = Masse der auf der Elektrode abgelagerten Substanz (Gramm).

Q = elektrische Ladung, die in Coulomb durch die Lösung geleitet wurde.

F = Faradaysche Konstante.

M = Atomgewicht des Elements

Z = Valenznummer des Elements.

M / z steht für das Äquivalentgewicht.

Zweites Gesetz

Die reduzierte oder oxidierte Menge einer Chemikalie auf einer Elektrode ist proportional zu ihrem Äquivalentgewicht.

Faradays zweites Gesetz kann wie folgt geschrieben werden:

m = (Q / F) x PEq

Verwendung zur Abschätzung des elektrochemischen Gleichgewichtspotentials eines Ions

Die Kenntnis des elektrochemischen Gleichgewichtspotentials der verschiedenen Ionen ist in der Elektrophysiologie wichtig. Sie kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

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

Vion = elektrochemisches Gleichgewichtspotential eines Ions

R = Gaskonstante, ausgedrückt als: 8,31 J. mol ^-1 . K.

T = Temperatur ausgedrückt in Grad Kelvin

Ln = natürlicher oder natürlicher Logarithmus

z = Wertigkeit des Ions

F = Faradaysche Konstante

C1 und C2 sind die Konzentrationen desselben Ions. C1 kann zum Beispiel die Konzentration des Ions außerhalb der Zelle und C2 seine Konzentration innerhalb der Zelle sein.

Dies ist ein Beispiel für die Verwendung der Faraday-Konstante und dafür, wie ihre Einrichtung in vielen Bereichen der Forschung und des Wissens von großem Nutzen war.

Verweise

1. Wikipedia. (2018). Faradaysche Konstante. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
2. Wissenschaft üben. (27. März 2013). Faraday-Elektrolyse. Wiederhergestellt von: prakticaciencia.blogspot.com
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