ตัวอย่างทดลองใช้คงที่ของฟาราเดย์

ค่าคงที่ของฟาราเดย์ เป็นหน่วยปริมาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกับการได้รับหรือการสูญเสียของหนึ่งโมลของอิเล็กตรอนต่อหนึ่งขั้วไฟฟ้า และดังนั้นในอัตรา 6.022 · 10²³ อิเล็กตรอน.

ค่าคงที่นี้แสดงด้วยตัวอักษร F ซึ่งเรียกว่าฟาราเดย์ F เท่ากับ 96,485 coulomb / mol จากรังสีในท้องฟ้าที่วุ่นวายความคิดเกี่ยวกับปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่แสดงถึงเอฟถูกสกัดออกมา.

คูลอมบ์ (c) ถูกกำหนดให้เป็นจำนวนประจุที่ผ่านจุดที่กำหนดของตัวนำเมื่อ 1 แอมแปร์ของกระแสไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้าไหลเป็นเวลาหนึ่งวินาที นอกจากนี้หนึ่งแอมแปร์ของกระแสเท่ากับหนึ่ง coulomb ต่อวินาที (C / s).

เมื่อมีการไหลของ 6,022 · 10²³ อิเล็กตรอน (หมายเลข Avogadro) คุณสามารถคำนวณจำนวนประจุไฟฟ้าที่มันสอดคล้องกัน ได้อย่างไร?

รู้หน้าที่ของอิเล็กตรอนแต่ละตัว (1,602 · 10)^-19 คูลอมบ์) แล้วคูณด้วย NA จำนวนของ Avogadro (F = Na · e^-) ผลลัพธ์คือตามที่กำหนดไว้ที่จุดเริ่มต้น 96,485,3365 C / mol e^-, โดยปกติแล้วจะปัดเศษที่ 96,500C / mol.

ดัชนี

• 1 ลักษณะทดลองของค่าคงที่ฟาราเดย์
  • 1.1 Michael Faraday
• 2 ความสัมพันธ์ระหว่างโมลอิเล็กตรอนและค่าคงที่ฟาราเดย์
• 3 ตัวอย่างตัวเลขของกระแสไฟฟ้า
• 4 กฎของฟาราเดย์สำหรับอิเล็กโทรไลซิส
  • 4.1 กฎข้อที่หนึ่ง
  • 4.2 กฎหมายที่สอง
• 5 ใช้ในการประเมินศักยภาพสมดุลทางเคมีไฟฟ้าของไอออน
• 6 อ้างอิง

ด้านการทดลองของค่าคงที่ฟาราเดย์

คุณสามารถทราบจำนวนโมลของอิเล็กตรอนที่ผลิตหรือบริโภคในขั้วโดยการกำหนดจำนวนเงินขององค์ประกอบที่วางอยู่บนแคโทดหรือขั้วบวกในช่วงกระแสไฟฟ้า.

ค่าของค่าคงที่ฟาราเดย์ได้มาจากการชั่งน้ำหนักปริมาณเงินที่สะสมอยู่ในกระแสไฟฟ้าด้วยกระแสไฟฟ้าบางตัว ชั่งแคโทดก่อนและหลังอิเล็กโตรไลซิส นอกจากนี้หากทราบน้ำหนักอะตอมขององค์ประกอบจำนวนโมลของโลหะที่สะสมในอิเล็กโทรดสามารถคำนวณได้.

ขณะที่ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนโมลของโลหะเงินในแคโทดระหว่างกระแสไฟฟ้าและจำนวนโมลอิเล็กตรอนโอนในกระบวนการที่คุณสามารถสร้างความสัมพันธ์ระหว่างค่าไฟฟ้าส่งและจำนวนที่รู้จักกัน ของโมลของอิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายโอน.

อัตราส่วนที่ระบุให้ค่าคงที่ (96,485) ต่อมาค่านี้ได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิจัยชาวอังกฤษซึ่งเป็นค่าคงที่ของฟาราเดย์.

Michael Faraday

Michael Faraday นักวิจัยชาวอังกฤษเกิดที่ Newington เมื่อวันที่ 22 กันยายน ค.ศ. 1791 เขาเสียชีวิตในแฮมป์ตันเมื่อวันที่ 25 สิงหาคม ค.ศ. 1867 อายุ 75 ปี.

เขาศึกษาวิชาแม่เหล็กไฟฟ้าและเคมีไฟฟ้า การค้นพบของเขารวมถึงการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า, diamagnetism และกระแสไฟฟ้า.

ความสัมพันธ์ระหว่างโมลอิเล็กตรอนและค่าคงที่ฟาราเดย์

ตัวอย่างทั้งสามที่แสดงด้านล่างแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนของอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนและค่าคงที่ฟาราเดย์.

นา⁺ กำไรในสารละลายอิเล็กตรอนที่แคโทดและ 1 โมลนาโลหะจะฝากบริโภค 1 mol ของอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกับภาระของ 96,500 คูลอมบ์ (1 ฉ).

Mg²⁺ ในการแก้ปัญหาน้ำได้รับอิเล็กตรอนสองที่ขั้วลบและ 1 โมลของ Mg โลหะจะฝากนาน 2 ไฝของอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกับภาระของ 2 × 96 500 คูลอมบ์ (2 ฉ).

อัล³⁺ ในการแก้ปัญหาน้ำได้รับสามอิเล็กตรอนในขั้วลบและ 1 โมลของโลหะอัลจะฝากบริโภค 3 ไฝของอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกับภาระของ 3 × 96,500 คูลอมบ์ (3 ฉ).

ตัวอย่างตัวเลขของการแยกกระแสไฟฟ้า

คำนวณมวลของทองแดง (Cu) ฝากในแคโทดในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรกับปัจจุบันคือ 2.5 แอมแปร์ (C / S หรือ A) ใช้ 50 นาที กระแสหมุนเวียนผ่านสารละลายทองแดง (II) น้ำหนักอะตอมของลูกบาศ์ก = 63.5 g / mol.

สมการสำหรับการลดของไอออนทองแดง (II) กับทองแดงโลหะเป็นดังนี้:

ลูกบาศ์ก²⁺    +     2 จ^-=> Cu

63.5 กรัมของ Cu (น้ำหนักปรมาณู) ถูกฝากที่แคโทดสำหรับทุก ๆ 2 โมลของอิเล็กตรอนเทียบเท่ากับ 2 (9.65 · 10)⁴ คูลอมบ์ / โมล) นั่นคือ 2 ฟาราเดย์.

ในส่วนแรกจะทำการหาจำนวนคูลอมบ์ที่ผ่านเซลล์อิเล็กโทรไลติก 1 แอมแปร์เท่ากับ 1 คูลอมบ์ / วินาที.

C = 50 นาที x 60 วินาที / นาที x 2.5 C / s

7.5 x 10³ C

จากนั้นเพื่อคำนวณมวลของทองแดงที่สะสมโดยกระแสไฟฟ้าที่จ่าย 7.5 x 10³  ใช้ค่าคงที่ฟาราเดย์ C:

g Cu = 7.5 · 10³C x 1 mol e^-/ 9.65 · 10⁴ C x 63.5 g Cu / 2 mol e^-

2.47 กรัมลูกบาศ์ก

กฎของฟาราเดย์สำหรับอิเล็กโทรไลซิส

กฎหมายฉบับที่หนึ่ง

มวลของสารที่สะสมในอิเล็กโทรดจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณไฟฟ้าที่ส่งไปยังอิเล็กโทรด นี่เป็นคำแถลงที่ยอมรับได้ของกฎหมายฉบับแรกของฟาราเดย์ที่มีอยู่ในหมู่ข้อความอื่น ๆ ต่อไปนี้:

ปริมาณของสารที่ผ่านการออกซิเดชั่นหรือลดลงที่ขั้วไฟฟ้าแต่ละอันนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านเซลล์.

กฎข้อแรกของฟาราเดย์สามารถแสดงทางคณิตศาสตร์ได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:

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

m = มวลของสารที่สะสมที่อิเล็กโทรด (กรัม).

Q = ประจุไฟฟ้าที่ผ่านสารละลายในคูลอมบ์.

F = ค่าคงที่ฟาราเดย์.

M = องค์ประกอบน้ำหนักอะตอม

Z = หมายเลขความจุองค์ประกอบ.

M / z หมายถึงน้ำหนักที่เท่ากัน.

กฎหมายที่สอง

ปริมาณสารเคมีที่ลดลงหรือออกซิไดซ์บนอิเล็กโทรดเป็นสัดส่วนกับน้ำหนักที่เท่ากัน.

กฎข้อที่สองของฟาราเดย์สามารถเขียนได้ดังนี้:

m = (Q / F) x PEq

ใช้ในการประเมินศักยภาพสมดุลทางเคมีไฟฟ้าของไอออน

ความรู้เกี่ยวกับความสมดุลย์ทางเคมีไฟฟ้าที่มีศักยภาพของไอออนที่แตกต่างกันเป็นสิ่งสำคัญในการศึกษาสรีรวิทยา สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

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

Vion = ศักย์สมดุลทางเคมีไฟฟ้าของไอออน

R = ค่าคงที่ก๊าซแสดงเป็น: 8.31 J.mol^-1. K

T = อุณหภูมิที่แสดงเป็นองศาเคลวิน

Ln = ลอการิทึมธรรมชาติหรือเนเพียร

z = ไอออนวาเลนซ์

F = ค่าคงที่ฟาราเดย์

C1 และ C2 เป็นความเข้มข้นของไอออนเดียวกัน C1 อาจเป็นตัวอย่างเช่นความเข้มข้นของไอออนในเซลล์ภายนอกและ C2 คือความเข้มข้นของไอออนภายในเซลล์.

นี่คือตัวอย่างของการใช้ค่าคงที่ของฟาราเดย์และวิธีการก่อตั้งของมันมีประโยชน์มากในหลาย ๆ ด้านของการวิจัยและความรู้.

การอ้างอิง

1. วิกิพีเดีย (2018) ฟาราเดย์คงที่ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
2. วิทยาศาสตร์การปฏิบัติ (27 มีนาคม 2013) กระแสไฟฟ้าของฟาราเดย์ กู้คืนจาก: practicaciencia.blogspot.com
3. Montoreano, R. (1995) คู่มือสรีรวิทยาและชีวฟิสิกส์ 2^ดา ฉบับ บรรณาธิการ Clemente บรรณาธิการ C.A.
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (8th ed.) CENGAGE การเรียนรู้.
5. Giunta C. (2003) เคมีไฟฟ้าของฟาราเดย์ สืบค้นจาก: web.lemoyne.edu