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फैराडे का स्थिरांक , जिसे प्रतीक F द्वारा दर्शाया जाता है , भौतिकी और रसायन विज्ञान में मूलभूत स्थिरांकों में से एक है और इलेक्ट्रॉनों के एक मोल के विद्युत आवेश के निरपेक्ष मान या परिमाण का प्रतिनिधित्व करता है । निरंतर का नाम भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ माइकल फैराडे के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने विद्युत चुंबकत्व और इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री पर विशेष रूप से इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया पर महत्वपूर्ण अध्ययन किया। यह एक स्थिरांक है जिसका उपयोग अक्सर भौतिक और रासायनिक गणनाओं में किया जाता है जिसमें बड़ी संख्या में आवेश वाहक होते हैं, जैसे आयन या इलेक्ट्रॉन।
फैराडे का निरंतर समीकरण
क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों के एक मोल पर आवेश के मान का प्रतिनिधित्व करता है, फैराडे के स्थिरांक को प्रत्येक इलेक्ट्रॉन पर आवेश और इलेक्ट्रॉनों के एक मोल में इलेक्ट्रॉनों की संख्या के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन का आवेश प्राथमिक आवेश, e से अधिक कुछ नहीं है , जो भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण सार्वभौमिक स्थिरांकों में से एक है। दूसरी ओर, इलेक्ट्रॉनों के एक मोल में मौजूद इलेक्ट्रॉनों की संख्या अवोगाद्रो की संख्या, N A द्वारा दी जाती है , इसलिए फैराडे के स्थिरांक को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
फैराडे स्थिरांक का मान
किसी भी स्थिरांक की तरह जो आयामहीन नहीं है, फैराडे स्थिरांक का मान उन इकाइयों पर निर्भर करता है जिनमें इसे व्यक्त किया जाता है। युनाइटेड स्टेट्स नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी (NIST) द्वारा वर्तमान में इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (SI) में स्वीकृत इस स्थिरांक का मान है:
हालांकि, गणना के दौरान रूपांतरण की आवश्यकता से बचने के लिए अन्य इकाइयों में इस स्थिरांक का उपयोग करना आम है:
| एफ = | 96 485.33212 अस्मोल -1 |
| एफ = | 26.80148114 अहमोल -1 |
| एफ = | 96 485.33212 जेवी -1 .मोल -1 |
| एफ = | 96.48533212 kJ.V -1 .mol -1 |
| एफ = | 96 485.33212 जेवी -1 .ग्राम-समतुल्य -1 |
| एफ = | 96.48533212 केजेवी -1 । ग्राम-समतुल्य -1 |
| एफ = | 23 060.54783 कैल.वी -1 .मोल -1 |
| एफ = | 23.06054783 kcal.V -1 .mol -1 |
| एफ = | 23 060.54783 कैल.वी -1 .ग्राम-समतुल्य -1 |
| एफ = | 23.06054783 किलो कैलोरी.वी -1 । ग्राम-समतुल्य -1 |
फैराडे स्थिरांक के उपयोग
इलेक्ट्रोलिसिस में
फैराडे स्थिरांक का पहला प्रयोग इलेक्ट्रोलिसिस के क्षेत्र में किया गया था। इसमें, फैराडे का स्थिरांक विद्युत आवेश की मात्रा निर्धारित करने की अनुमति देता है जिसे इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा किसी पदार्थ के दिए गए द्रव्यमान का उत्पादन करने के लिए स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, या उत्पादित पदार्थ के द्रव्यमान या मोल्स की संख्या, सेल के माध्यम से पारित बिजली की मात्रा को देखते हुए। यह निम्नलिखित संबंधों के माध्यम से किया जाता है:
जहां मैं एम्पीयर (ए) में वर्तमान तीव्रता का प्रतिनिधित्व करता हूं, टी सेकेंड (एस) में चलने का समय है, एन ई स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों के मोल्स की संख्या है और एफ फैराडे की स्थिरांक है। इलेक्ट्रॉनों के मोल्स की संख्या स्टोइकोमेट्री द्वारा निर्धारित की जा सकती है या धातु के द्रव्यमान को उसके समतुल्य भार से विभाजित करके निर्धारित की जा सकती है:
वांछित चर को खोजने के लिए इस समीकरण या पिछले एक को हल किया जा सकता है।
नर्नट समीकरण
एक अन्य मामला जिसमें फैराडे के स्थिरांक का उपयोग किया जाता है, विद्युत रसायन में है, विशेष रूप से नर्नस्ट समीकरण के उपयोग में। यह समीकरण एक इलेक्ट्रोड की कमी क्षमता की गणना करना संभव बनाता है जो गैर-मानक स्थितियों में पाया जाता है (1एम के अलावा अन्य सांद्रता और/या 1 एटीएम के अलावा अन्य गैस दबाव।)।
यह समीकरण है:
जहाँ Q प्रतिक्रिया भागफल है, E0 मानक प्रतिक्रिया क्षमता है , n प्रतिक्रिया में स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या है, T परम तापमान है, R आदर्श गैस स्थिरांक है, और F फैराडे स्थिरांक है।
प्रकार aA + bB → cC + dD की प्रतिक्रिया के लिए प्रतिक्रिया भागफल, उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक तक बढ़ाए गए उत्पादों की सांद्रता के उत्पाद और उनके लिए उठाए गए अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद द्वारा दिया जाता है:
कोशिका झिल्ली में आयन की संतुलन क्षमता की गणना
नर्नस्ट समीकरण का उपयोग एकाग्रता कोशिकाओं की क्षमता को निर्धारित करने के लिए भी किया जा सकता है, जिसमें समान विलेय होते हैं, लेकिन विभिन्न सांद्रता पर। इस प्रयोग का एक विशेष अनुप्रयोग एक आयन की संतुलन क्षमता की गणना में है जो कोशिका झिल्ली के दोनों किनारों पर विभिन्न सांद्रता में पाया जाता है।
इस मामले में, मानक प्रतिक्रिया क्षमता शून्य है (चूंकि कोई रासायनिक प्रतिक्रिया नहीं होती है) इसलिए संतुलन क्षमता इसके द्वारा दी जाती है:
जहाँ z आयन के विद्युत आवेश (उसके सभी संकेतों के साथ) का प्रतिनिधित्व करता है, और C अंदर और C बाहर सेल के अंदर और बाहर आयन की सांद्रता है, अन्य सभी कारक पहले जैसे ही हैं।
गिब्स मुक्त ऊर्जा गणना
अंत में, फैराडे के स्थिरांक का एक अन्य अनुप्रयोग एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में होने वाली ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रिया की गिब्स मुक्त ऊर्जा भिन्नता की गणना में है। यह रिश्ता इसके द्वारा दिया गया है:
जहां ई सेल इलेक्ट्रोकेमिकल सेल की क्षमता है, एन एक्सचेंज किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या और एफ फैराडे की स्थिरांक है।
गौरतलब है कि रसायन विज्ञान में फैराडे के स्थिरांक के उपयोग के ये केवल कुछ उदाहरण हैं। ऐसे और भी समीकरण हैं जिनमें यह स्थिरांक प्रकाश में आता है।
फैराडे और फैराड पर ध्यान दें
इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री और अन्य क्षेत्रों में गणना करने में, फैराडे की स्थिरांक, एफ अक्सर दिखाई देती है, जैसा कि हमने अभी देखा है। लेकिन आवेश की एक इकाई भी होती है जिसे फैराडे (छोटे f के साथ) कहा जाता है। फैराडे को फैराडे के स्थिरांक के साथ भ्रमित न करने के लिए सावधानी बरतनी चाहिए क्योंकि वे समान नहीं हैं।
फैराडे विद्युत आवेश की एक आयाम रहित इकाई है जो एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया में शामिल पदार्थ के एक ग्राम-समतुल्य द्वारा जारी आवेश के बराबर है।
माइकल फैराडे ने समाई पर अध्ययन सहित विद्युत चुंबकत्व पर भी अध्ययन किया। प्रमुख अंग्रेजी वैज्ञानिक के सम्मान में, विद्युत समाई की मूलभूत इकाई को फैराड कहा जाता था और इसका फैराडे या फैराडे स्थिरांक से कोई लेना-देना नहीं है।
संदर्भ
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