Vad är Faradays konstant?

Faradays konstant , representerad av symbolen F , är en av de grundläggande konstanterna i fysik och kemi och representerar det absoluta värdet eller storleken på den elektriska laddningen av en mol elektroner . Konstanten är uppkallad efter fysikern och kemisten Michael Faraday, som genomförde viktiga studier om elektromagnetism och elektrokemi, särskilt om elektrolysprocessen. Det är en konstant som ofta används i fysikaliska och kemiska beräkningar som involverar ett stort antal laddningsbärare, såsom joner eller elektroner.

Faradays konstanta ekvation

Eftersom den representerar värdet av laddningen på en mol elektroner, kan Faradays konstant uttryckas i termer av laddningen på varje elektron och antalet elektroner i en mol elektroner. Laddningen av varje elektron är inget annat än den elementära laddningen, e , en av de viktigaste universella konstanterna i fysiken. Å andra sidan ges antalet elektroner som finns i en mol elektroner av Avogadros tal, N _A , så Faradays konstant kan uttryckas som:

Värdet på Faradays konstant

Liksom alla konstanter som inte är dimensionslösa beror värdet på Faradays konstant på i vilka enheter den uttrycks. Värdet på denna konstant som för närvarande accepteras av United States National Institute of Standards and Technology (NIST) i det internationella enhetssystemet (SI) är:

Det är dock vanligt att använda denna konstant i andra enheter för att undvika behov av konverteringar under beräkningar:

Användning av Faradays konstant

vid elektrolys

Den första användningen som gavs till Faradays konstant är inom området elektrolys. I den tillåter Faradays konstant att bestämma mängden elektrisk laddning som måste överföras för att producera en given massa av ett ämne genom elektrolys, eller massan eller antalet mol av ämne som produceras, givet mängden elektricitet som passerar genom cellen. Detta görs genom följande relation:

Där I representerar strömstyrkan i ampere (A), t är körtiden i sekunder (s), n _e är antalet mol överförda elektroner och F är Faradays konstant. Antalet mol elektroner kan bestämmas genom stökiometri eller helt enkelt med hjälp av metallens massa dividerat med dess ekvivalentvikt:

Den här eller den föregående ekvationen kan lösas för att hitta den önskade variabeln.

Nernts ekvation

Ett annat fall där Faradays konstant används är inom elektrokemi, speciellt i användningen av Nernst-ekvationen. Denna ekvation gör det möjligt att beräkna reduktionspotentialen för en elektrod som finns i icke-standardiserade förhållanden (andra koncentrationer än 1M och/eller andra gastryck än 1 atm.).

Denna ekvation är:

där Q är reaktionskvoten, E0 ^är standardreaktionspotentialen, n är antalet elektroner som överförs i reaktionen, T är den absoluta temperaturen, R är den ideala gaskonstanten och F är Faradays konstant.

Reaktionskvoten för en reaktion av typ aA + bB → cC + dD, ges av kvoten av produkten av koncentrationerna av produkterna höjda till deras stökiometriska koefficienter och produkten av koncentrationerna av reaktanterna ökade till deras:

Beräkning av jämviktspotentialen för en jon i cellmembranet

Nernst-ekvationen kan också användas för att bestämma potentialen för koncentrationsceller, som innehåller samma lösta ämnen, men i olika koncentrationer. En speciell tillämpning av denna användning är vid beräkningen av jämviktspotentialen för en jon som finns i olika koncentrationer på båda sidor av cellmembranet.

I detta fall är standardreaktionspotentialen noll (eftersom ingen kemisk reaktion inträffar) så jämviktspotentialen ges av:

där z representerar jonens elektriska laddning (med alla dess tecken), och C _inuti och C _utanför är jonkoncentrationerna inuti och utanför cellen, alla andra faktorer är desamma som tidigare.

Gibbs beräkning av fri energi

Slutligen är en annan tillämpning av Faradays konstant i beräkningen av Gibbs fria energivariation av en oxidations-reduktionsreaktion som sker i en elektrokemisk cell. Detta förhållande ges av:

Där E- _cell är potentialen för den elektrokemiska cellen, n antalet utbytta elektroner och F är Faradays konstant.

Det är värt att nämna att detta bara är några exempel på användningen av Faradays konstant i kemi. Det finns andra ekvationer där denna konstant kommer fram.

Notera om faraday och farad

Vid utförande av beräkningar inom elektrokemi och andra områden förekommer Faradays konstant, F, ofta, som vi nyss har sett. Men det finns också en laddningsenhet som kallas faraday (med ett litet f). Man måste se till att inte blanda ihop faraday med Faradays konstant eftersom de inte är samma.

Faradagen är en dimensionslös enhet av elektrisk laddning som är lika med den laddning som frigörs av en gramekvivalent av ämne som är involverat i en elektrokemisk reaktion.

Michale Faraday genomförde också studier om elektromagnetism, inklusive studier om kapacitans. För att hedra den framstående engelske vetenskapsmannen kallades den grundläggande enheten för elektrisk kapacitans farad och har ingenting att göra med faraday eller Faradays konstant.

Referenser

NIST, Fundamental Physical Constants

Bolívar, G. (2019, 31 juli). Faradays konstant: experimentella aspekter, exempel, användningar . livsvarare. https://www.lifeder.com/faraday-constant/

Chang, R. (2008). Fysikalisk kemi för kemi och biologisk vetenskap (3:e uppl.). MCGRAW HILL UTBILDNING.

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Chemistry (11:e upplagan). McGraw-Hill Interamericana de España SL

González, M. (2010, 16 november). Faradays konstant . Kemiguiden. https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/constante-de-faraday

Chemistry.ES. (n.d.). Faradays konstant . https://www.quimica.es/enciclopedia/Constante_de_Faraday.html