Tabla de Contenidos
F sembolü ile temsil edilen Faraday sabiti , fizik ve kimyadaki temel sabitlerden biridir ve bir mol elektronun elektrik yükünün mutlak değerini veya büyüklüğünü temsil eder . Sabit, adını elektromanyetizma ve elektrokimya, özellikle elektroliz işlemi üzerinde önemli çalışmalar yapan fizikçi ve kimyager Michael Faraday’den almıştır. İyonlar veya elektronlar gibi çok sayıda yük taşıyıcıyı içeren fiziksel ve kimyasal hesaplamalarda sıklıkla kullanılan bir sabittir.
Faraday’ın sabit denklemi
Faraday sabiti, bir mol elektron üzerindeki yükün değerini temsil ettiğinden, her bir elektron üzerindeki yük ve bir mol elektrondaki elektron sayısı cinsinden ifade edilebilir. Her bir elektronun yükü, fizikteki en önemli evrensel sabitlerden biri olan temel yük olan e’den başka bir şey değildir. Öte yandan, bir mol elektronda bulunan elektronların sayısı Avogadro sayısı N A ile verilir , dolayısıyla Faraday sabiti şu şekilde ifade edilebilir:
Faraday sabitinin değeri
Boyutsuz olmayan herhangi bir sabit gibi, Faraday sabitinin değeri de ifade edildiği birimlere bağlıdır. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) tarafından şu anda uluslararası birimler sisteminde (SI) kabul edilen bu sabitin değeri:
Ancak, hesaplamalar sırasında dönüştürme ihtiyacını ortadan kaldırmak için bu sabiti diğer birimlerde kullanmak yaygındır:
| F = | 96 485.33212 Asmol -1 |
| F = | 26.80148114 Ahmol -1 |
| F = | 96 485.33212 JV -1 .mol -1 |
| F = | 96.48533212 kJ.V -1 .mol -1 |
| F = | 96 485.33212 JV -1 .gram eşdeğeri -1 |
| F = | 96.48533212 kJ.V -1 . gram eşdeğeri -1 |
| F = | 23 060.54783 cal.V -1 .mol -1 |
| F = | 23.06054783 kcal.V -1 .mol -1 |
| F = | 23 060.54783 kal.V -1 .gram eşdeğeri -1 |
| F = | 23.06054783 kcal.V -1 . gram eşdeğeri -1 |
Faraday Sabitinin Kullanım Alanları
elektrolizde
Faraday sabitine verilen ilk kullanım elektroliz alanındadır. Faraday sabiti, elektroliz yoluyla belirli bir madde kütlesini üretmek için aktarılması gereken elektrik yükünün miktarını veya hücreden geçen elektrik miktarı verildiğinde üretilen maddenin kütlesini veya mol sayısını belirlemeye izin verir. Bu, aşağıdaki ilişki aracılığıyla yapılır:
I’in amper (A) cinsinden akım yoğunluğunu temsil ettiği yerde , t saniye (s) cinsinden çalışma süresi, n e aktarılan elektronların mol sayısı ve F , Faraday sabitidir. Elektronların mol sayısı, stokiyometri ile veya basitçe metalin kütlesinin eşdeğer ağırlığına bölünmesiyle belirlenebilir:
Bu denklem veya bir önceki, istenen değişkeni bulmak için çözülebilir.
Nernt denklemi
Faraday sabitinin kullanıldığı başka bir durum elektrokimyada, özellikle Nernst denkleminin kullanımındadır. Bu denklem standart olmayan koşullarda (1M dışındaki konsantrasyonlar ve/veya 1 atm dışındaki gaz basınçları) bulunan bir elektrodun indirgeme potansiyelini hesaplamayı mümkün kılar.
Bu denklem:
burada Q reaksiyon bölümüdür, E0 standart reaksiyon potansiyelidir, n reaksiyonda aktarılan elektronların sayısıdır, T mutlak sıcaklıktır, R ideal gaz sabitidir ve F Faraday sabitidir.
aA + bB → cC + dD tipi bir reaksiyon için reaksiyon bölümü, stokiyometrik katsayılarına yükseltilen ürünlerin konsantrasyonlarının çarpımı ile bunların stokiyometrik katsayılarına yükseltilen reaktanların konsantrasyonlarının çarpımı ile verilir:
Hücre zarındaki bir iyonun denge potansiyelinin hesaplanması
Nernst denklemi, aynı çözünenleri ancak farklı konsantrasyonlarda içeren konsantrasyon hücrelerinin potansiyelini belirlemek için de kullanılabilir. Bu kullanımın özel bir uygulaması, hücre zarının her iki tarafında farklı konsantrasyonlarda bulunan bir iyonun denge potansiyelinin hesaplanmasıdır.
Bu durumda, standart reaksiyon potansiyeli sıfırdır (çünkü hiçbir kimyasal reaksiyon meydana gelmez), bu nedenle denge potansiyeli şu şekilde verilir:
burada z, iyonun elektrik yükünü (tüm işaretiyle) temsil eder ve C iç ve C dış, iyonun hücre içindeki ve dışındaki konsantrasyonlarıdır, diğer tüm faktörler öncekiyle aynıdır.
Gibbs serbest enerji hesabı
Son olarak, Faraday sabitinin başka bir uygulaması, bir elektrokimyasal hücrede meydana gelen oksidasyon-indirgeme reaksiyonunun Gibbs serbest enerji değişiminin hesaplanmasıdır. Bu ilişki şu şekilde verilir:
E hücresinin elektrokimyasal hücrenin potansiyeli olduğu yerde , n değiş tokuş edilen elektronların sayısı ve F , Faraday sabitidir.
Bunların Faraday sabitinin kimyada kullanımına dair sadece birkaç örnek olduğunu belirtmekte fayda var. Bu sabitin gün ışığına çıktığı başka denklemler de vardır.
faraday ve farad hakkında not
Elektrokimya ve diğer alanlarda hesaplamalar yaparken, az önce gördüğümüz gibi, Faraday sabiti F sık sık ortaya çıkar. Ancak faraday adı verilen (küçük bir f ile) bir ücret birimi de vardır. Aynı olmadıkları için faraday ile Faraday sabitini karıştırmamaya özen gösterilmelidir.
Faraday, elektrokimyasal reaksiyonda yer alan bir gram eşdeğeri madde tarafından salınan yüke eşit olan boyutsuz bir elektrik yükü birimidir.
Michale Faraday ayrıca kapasitans çalışmaları da dahil olmak üzere elektromanyetizma üzerine çalışmalar yaptı. Önde gelen İngiliz bilim adamının onuruna, elektriksel kapasitansın temel birimi farad olarak adlandırıldı ve faraday veya Faraday sabiti ile hiçbir ilgisi yok.
Referanslar
NIST, Temel Fiziksel Sabitler
Bolivar, G. (2019, 31 Temmuz). Faraday Sabiti: Deneysel Yönler, Örnek, Kullanım Alanları . müebbet https://www.lifeder.com/faraday-constant/
Chang, R. (2008). Kimyasal ve Biyolojik Bilimler için Fiziksel Kimya (3. baskı). MCGRAW HILL EĞİTİMİ.
Chang, R. ve Goldsby, K. (2013). Kimya (11. baskı). McGraw-Hill Interamericana de España SL
González, M. (2010, 16 Kasım). Faraday sabiti . Kimya Rehberi. https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/constante-de-faraday
Kimya.ES. (t.d.). Faraday sabiti . https://www.quimica.es/enciclopedia/Constante_de_Faraday.html
