فاراداي ثابت: الجوانب التجريبية ، على سبيل المثال ، الاستخدامات

ثابت فاراداي هو وحدة كمية من الكهرباء التي تتوافق مع كسب أو فقدان مول واحد من الإلكترونات لكل قطب واحد ؛ وبالتالي ، بمعدل 6.022 · 1023 إلكترون.

ويمثل هذا الثابت أيضًا بالحرف F ، المسمى فاراداي. و F يساوي 96485 كولوم / مول. من الأشعة في السماء العاصفة فكرة عن كمية الكهرباء التي يمثلها F.

يتم تعريف كولوم (ج) بأنه مقدار الشحنة التي تمر عبر نقطة معينة من الموصل ، عندما 1 أمبير من تيار التيار الكهربائي يتدفق لمدة ثانية. أيضا ، واحد أمبير من التيار يساوي كولوم واحد في الثانية (C / s).

عندما يكون هناك تدفق يبلغ 6022 · 1023 إلكترونًا (رقم Avogadro) ، يمكن حساب مقدار الشحنة الكهربائية التي تتوافق معها. كيف؟

معرفة شحنة الإلكترون الفردي (1،602 · 10-19 كولوم) وضربها في NA ، رقم أفوجادرو (F = Na · e-). والنتيجة ، على النحو المحدد في البداية ، 96،485،3365 C / mol e- ، يتم تقريبها عادة إلى 96،500C / mol.

الجوانب التجريبية من ثابت فاراداي

من الممكن معرفة عدد مولات الإلكترونات التي يتم إنتاجها أو استهلاكها في قطب كهربائي ، من خلال تحديد كمية العنصر الذي يتم ترسبه في الكاثود أو في القطب الموجب أثناء التحليل الكهربائي.

تم الحصول على قيمة ثابت فاراداي عن طريق وزن كمية الفضة المودعة في التحليل الكهربائي بواسطة تيار كهربائي معين ؛ وزن الكاثود قبل وبعد التحليل الكهربائي. علاوة على ذلك ، إذا كان الوزن الذري للعنصر معروفًا ، فيمكن حساب عدد مولات المعدن المودع على القطب.

كما هو معروف العلاقة بين عدد مولات المعدن المودعة في الكاثود أثناء التحليل الكهربائي ، وعدد الإلكترونات التي يتم نقلها في العملية ، يمكن إنشاء علاقة بين الشحنة الكهربائية الموردة والرقم من الشامات من الإلكترونات المنقولة.

تعطي النسبة المشار إليها قيمة ثابتة (96،485). في وقت لاحق ، تم تسمية هذه القيمة ، تكريما للباحث الإنجليزي ، ثابت فاراداي.

مايكل فاراداي

مايكل فاراداي ، باحث بريطاني ، وُلد في نيونجتون ، في 22 سبتمبر 1791. توفي في هامبتون ، في 25 أغسطس ، 1867 ، عن عمر يناهز 75 عامًا.

درس الكهرومغناطيسية والكيمياء الكهربائية. وتشمل اكتشافاته الاستقراء الكهرومغناطيسي ، والكهرومغناطيسية ، والتحليل الكهربائي.

العلاقة بين الشامات الإلكترونية وثابت فاراداي

توضح الأمثلة الثلاثة الموضحة أدناه العلاقة بين إلكترونات الإلكترونات المنقولة وثابت فاراداي.

يكتسب Na + في المحلول المائي إلكترونًا في الكاثود ويودع 1 مول من Na المعدني ، ويستهلك 1 مولًا من الإلكترونات المقابلة لحمل 96،500 كولوم (1 F).

يكتسب Mg2 + في المحلول المائي إلكترونين في الكاثود ويودع 1 مول من المغنيسيوم المعدني ، ويستهلك 2 مول من الإلكترونات المقابلة لحمل 2 × 96،500 كولوم (2 F).

يكتسب Al3 + في محلول مائي ثلاثة إلكترونات في الكاثود ويودع 1 مول من Al المعدني ، ويستهلك 3 مولات من الإلكترونات المقابلة لشحنة تبلغ 3 × 96،500 كولوم (3 F).

مثال عددي للتحليل الكهربائي

احسب كتلة النحاس (Cu) المودعة في الكاثود أثناء عملية التحليل الكهربائي ، مع شدة التيار التي تبلغ 2.5 أمبير (C / so A) المطبقة لمدة 50 دقيقة. يدور التيار عبر محلول نحاسي (II). الوزن الذري للنحاس = 63.5 جم / مول.

معادلة اختزال أيونات النحاس (II) بالنحاس المعدني هي كما يلي:

Cu2 + + 2 e - => Cu

يتم ترسيب 63.5 جم من النحاس (الوزن الذري) في الكاثود لكل 2 مول من الإلكترونات أي ما يعادل 2 (9.65 · 104 كولوم / مول). هذا هو ، 2 فاراداي.

في الجزء الأول ، يتم تحديد عدد كولوم التي تمر عبر الخلية كهربائيا. 1 أمبير يساوي 1 كولوم / ثانية.

C = 50 دقيقة × 60 ثانية / دقيقة × 2.5 درجة مئوية / ثانية

7.5 × 103 درجة مئوية

ثم ، لحساب كتلة النحاس المودعة بواسطة تيار كهربائي يزود 7.5 × 103 درجة مئوية ، يتم استخدام ثابت فاراداي:

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

2.47 جم مكعب

قوانين فاراداي للتحليل الكهربائي

القانون الاول

تتناسب كتلة المادة المودعة على قطب كهربائي بشكل مباشر مع كمية الكهرباء المنقولة إلى القطب. هذا هو بيان مقبول من قانون فاراداي الأول ، القائمة ، من بين غيرها من العبارات ، ما يلي:

تتناسب كمية المادة التي تخضع للأكسدة أو الاختزال في كل قطب بشكل مباشر مع كمية الكهرباء التي تمر عبر الخلية.

يمكن التعبير عن قانون فاراداي الأول رياضياً بالطريقة التالية:

م = (Q / F) × (م / ض)

م = كتلة المادة المودعة في القطب (غرام).

س = الشحنة الكهربائية التي مرت عبر الحل في كولوم.

F = فاراداي ثابت.

م = عنصر الوزن الذري

Z = عدد التكافؤ للعنصر.

يمثل M / z الوزن المكافئ.