Tabla de Contenidos
Hằng số Faraday , được biểu thị bằng ký hiệu F , là một trong những hằng số cơ bản trong vật lý và hóa học và biểu thị giá trị tuyệt đối hay độ lớn của điện tích của một mol electron . Hằng số được đặt theo tên của nhà vật lý và hóa học Michael Faraday, người đã thực hiện các nghiên cứu quan trọng về điện từ và điện hóa học, đặc biệt là quá trình điện phân. Nó là một hằng số thường được sử dụng trong các tính toán vật lý và hóa học liên quan đến số lượng lớn các hạt mang điện, chẳng hạn như các ion hoặc electron.
hằng đẳng thức Faraday
Vì nó đại diện cho giá trị của điện tích trên một mol electron, nên hằng số Faraday có thể được biểu thị dưới dạng điện tích trên mỗi electron và số lượng electron trong một mol electron. Điện tích của mỗi electron không gì khác hơn là điện tích cơ bản, e , một trong những hằng số phổ quát quan trọng nhất trong vật lý. Mặt khác, số electron có trong một mol electron được cho bởi số Avogadro, N A , vì vậy hằng số Faraday có thể được biểu diễn như sau:
Giá trị của hằng số Faraday
Giống như bất kỳ hằng số nào không phải là không có thứ nguyên, giá trị của hằng số Faraday phụ thuộc vào các đơn vị mà nó được biểu thị. Giá trị của hằng số này hiện được Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST) chấp nhận trong hệ đơn vị quốc tế (SI) là:
Tuy nhiên, người ta thường sử dụng hằng số này trong các đơn vị khác để tránh phải chuyển đổi trong quá trình tính toán:
| F = | 96 485.33212 Asmol -1 |
| F = | 26.80148114 Ahmol -1 |
| F = | 96 485.33212 Liên doanh -1 .mol -1 |
| F = | 96.48533212 kJ.V -1 .mol -1 |
| F = | 96 485.33212 JV -1 .gram tương đương -1 |
| F = | 96.48533212 kJ.V -1 . tương đương gam -1 |
| F = | 23 060.54783 cal.V -1 .mol -1 |
| F = | 23.06054783 kcal.V -1 .mol -1 |
| F = | 23 060.54783 cal.V -1 .tương đương gam -1 |
| F = | 23.06054783 kcal.V -1 . tương đương gam -1 |
Công dụng của hằng số Faraday
trong điện phân
Công dụng đầu tiên của hằng số Faraday là trong lĩnh vực điện phân. Trong đó, hằng số Faraday cho phép xác định lượng điện tích cần truyền để tạo ra một khối lượng nhất định của một chất bằng quá trình điện phân, hoặc khối lượng hoặc số mol chất được tạo ra, với lượng điện đi qua tế bào. Điều này được thực hiện thông qua mối quan hệ sau:
Trong đó I biểu thị cường độ dòng điện tính bằng ampe (A), t là thời gian chạy tính bằng giây (s), n e là số mol electron được chuyển và F là hằng số Faraday. Số mol electron có thể được xác định bằng phép cân bằng hóa học hoặc đơn giản bằng khối lượng của kim loại chia cho trọng lượng tương đương của nó:
Phương trình này hoặc phương trình trước đó có thể được giải để tìm biến mong muốn.
phương trình Nernt
Một trường hợp khác mà hằng số Faraday được sử dụng là trong điện hóa học, cụ thể là trong việc sử dụng phương trình Nernst. Phương trình này cho phép tính thế khử của một điện cực được tìm thấy trong các điều kiện không chuẩn (nồng độ khác 1M và/hoặc áp suất khí khác 1 atm.).
Phương trình này là:
trong đó Q là thương số phản ứng, E0 là thế năng phản ứng tiêu chuẩn, n là số lượng electron được chuyển trong phản ứng, T là nhiệt độ tuyệt đối, R là hằng số khí lý tưởng và F là hằng số Faraday.
Thương số phản ứng cho phản ứng loại aA + bB → cC + dD, được cho bởi thương số của tích nồng độ của các sản phẩm được nâng lên hệ số cân bằng hóa học của chúng và tích của nồng độ của các chất phản ứng được nâng lên hệ số của chúng:
Tính thế cân bằng của một ion trong màng tế bào
Phương trình Nernst cũng có thể được sử dụng để xác định điện thế của các tế bào nồng độ, chứa các chất hòa tan giống nhau, nhưng ở các nồng độ khác nhau. Một ứng dụng cụ thể của việc sử dụng này là tính toán thế cân bằng của một ion được tìm thấy ở các nồng độ khác nhau trên cả hai mặt của màng tế bào.
Trong trường hợp này, thế phản ứng tiêu chuẩn bằng 0 (do không xảy ra phản ứng hóa học) nên thế cân bằng được cho bởi:
trong đó z đại diện cho điện tích của ion (với tất cả các dấu hiệu của nó), và C bên trong và C bên ngoài là nồng độ của ion bên trong và bên ngoài tế bào, tất cả các yếu tố khác giống như trước đây.
Tính toán năng lượng tự do Gibbs
Cuối cùng, một ứng dụng khác của hằng số Faraday là trong tính toán biến thiên năng lượng tự do Gibbs của phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong pin điện hóa. Mối quan hệ này được đưa ra bởi:
Trong đó E là điện thế của pin điện hóa, n là số electron trao đổi và F là hằng số Faraday.
Điều đáng nói là đây chỉ là một vài ví dụ về việc sử dụng hằng số Faraday trong hóa học. Có những phương trình khác trong đó hằng số này được đưa ra ánh sáng.
Lưu ý về faraday và farad
Khi thực hiện các phép tính trong điện hóa học và các lĩnh vực khác, hằng số Faraday, F, thường xuyên xuất hiện, như chúng ta vừa thấy. Nhưng cũng có một đơn vị điện tích gọi là faraday (với f nhỏ). Phải cẩn thận để không nhầm lẫn faraday với hằng số Faraday vì chúng không giống nhau.
Faraday là một đơn vị điện tích không thứ nguyên bằng với điện tích giải phóng bởi một đương lượng gam chất tham gia vào phản ứng điện hóa.
Michale Faraday cũng thực hiện các nghiên cứu về điện từ, bao gồm các nghiên cứu về điện dung. Để vinh danh nhà khoa học lỗi lạc người Anh, đơn vị cơ bản của điện dung được gọi là farad và không liên quan gì đến faraday hay hằng số Faraday.
Người giới thiệu
NIST, hằng số vật lý cơ bản
Bolívar, G. (2019, ngày 31 tháng 7). Hằng số Faraday: Các khía cạnh thử nghiệm, ví dụ, cách sử dụng . cứu hộ. https://www.lifeder.com/faraday-constant/
Chang, R. (2008). Hóa học Vật lý cho Khoa học Hóa học và Sinh học (tái bản lần thứ 3). GIÁO DỤC MCGRAW HILL.
Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Hóa học (tái bản lần thứ 11). McGraw-Hill Interamericana de España SL
González, M. (2010, ngày 16 tháng 11). hằng số Faraday . Hướng dẫn Hóa học. https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/constante-de-faraday
Hóa học.ES. (n.d.). hằng số Faraday . https://www.quimica.es/enciclopedia/Constante_de_Faraday.html
