패러데이 상수는 무엇입니까?

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기호 F 로 표시되는 패러데이 상수는 물리 및 화학의 기본 상수 중 하나이며 전자 1몰의 전하의 절대값 또는 크기를 나타냅니다 . 상수는 전자기학과 전기화학, 특히 전기분해 과정에 대한 중요한 연구를 수행한 물리학자이자 화학자인 Michael Faraday의 이름을 따서 명명되었습니다. 이온이나 전자와 같은 많은 수의 전하 캐리어를 포함하는 물리적 및 화학적 계산에 자주 사용되는 상수입니다.

패러데이 상수 방정식

패러데이 상수는 전자 1몰의 전하량을 나타내므로 패러데이 상수는 각 전자의 전하량과 전자 1몰의 전자 수로 나타낼 수 있습니다. 각 전자의 전하는 물리학에서 가장 중요한 보편적 상수 중 하나인 기본 전하 e 에 지나지 않습니다 . 한편 전자 1몰에 존재하는 전자의 수는 아보가드로 수 N A 로 주어 지므로 패러데이 상수는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

패러데이 상수 방정식은 무엇입니까

패러데이 상수 값

무차원 상수가 아닌 다른 상수와 마찬가지로 패러데이 상수의 값은 표시되는 단위에 따라 달라집니다. 국제 단위계(SI)에서 현재 미국 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 허용하는 이 상수의 값은 다음과 같습니다.

몰당 쿨롱의 패러데이 상수 값은 무엇입니까

그러나 계산 중에 변환할 필요가 없도록 이 상수를 다른 단위로 사용하는 것이 일반적입니다.

에프 =  96 485.33212 아스몰 -1
에프 =  26.80148114 아몰 -1
에프 =  96 485.33212 JV -1 .mol ​​-1
에프 =  96.48533212 kJ.V -1 .mol ​​-1
에프 =  96 485.33212 JV -1 .그램 등가 -1
에프 =  96.48533212 kJ.V -1 . 그램 등가 -1
에프 =  23 060.54783 cal.V -1 .mol ​​-1
에프 =  23.06054783 kcal.V -1 .mol ​​-1
에프 =  23 060.54783 cal.V -1 . 그램당량 -1
에프 =  23.06054783 kcal.V -1 . 그램 등가 -1

패러데이 상수의 사용

전기분해에서

패러데이 상수의 첫 번째 용도는 전기분해 분야입니다. 여기에서 패러데이 상수는 전기분해에 의해 주어진 물질의 질량을 생산하기 위해 전달되어야 하는 전하의 양 또는 전지를 통과하는 전기의 양이 주어질 때 생산된 물질의 몰수 또는 질량을 결정할 수 있게 합니다. 이는 다음 관계를 통해 수행됩니다.

전기분해 방정식과 패러데이 상수

여기서 I 는 전류 강도(A), t 는 실행 시간(초), n e 는 전달된 전자의 몰 수, F 는 패러데이 상수입니다. 전자의 몰수는 화학량론 또는 단순히 금속의 질량을 당량으로 나눈 값으로 결정할 수 있습니다.

전기분해 방정식과 패러데이 상수

이 방정식 또는 이전 방정식을 풀면 원하는 변수를 찾을 수 있습니다.

너츠 방정식

패러데이 상수가 사용되는 또 다른 경우는 전기화학, 특히 Nernst 방정식을 사용하는 경우입니다. 이 방정식을 사용하면 비표준 조건(1M 이외의 농도 및/또는 1atm 이외의 가스 압력)에서 발견되는 전극의 환원 전위를 계산할 수 있습니다.

이 방정식은 다음과 같습니다.

Nernts 방정식과 패러데이 상수

여기서 Q 는 반응 지수, E0 표준 반응 전위, n 은 반응에서 전달된 전자의 수, T는 절대 온도, R은 이상 기체 상수, F는 패러데이 상수입니다.

유형 aA + bB → cC + dD의 반응에 대한 반응 지수는 화학양론적 계수로 증가된 생성물 농도의 곱과 반응물 농도로 증가된 생성물의 몫으로 제공됩니다.

Nernts 방정식과 패러데이 상수

세포막 이온의 평형 전위 계산

Nernst 방정식은 동일한 용질을 포함하지만 농도가 다른 농도 셀의 전위를 결정하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이 용도의 특별한 적용은 세포막의 양쪽에서 서로 다른 농도에서 발견되는 이온의 평형 전위를 계산하는 것입니다.

이 경우 표준 반응 전위는 0(화학 반응이 일어나지 않기 때문에)이므로 평형 전위는 다음과 같이 주어집니다.

막 평형 및 농도 세포 및 패러데이 상수

여기서 z는 이온의 전하(모든 부호 포함)를 나타내고 C 내부 및 C 외부 는 세포 내부 및 외부의 이온 농도이며 다른 모든 요소는 이전과 동일합니다.

깁스 자유 에너지 계산

마지막으로 패러데이 상수의 또 다른 응용은 전기 화학 전지에서 발생하는 산화-환원 반응의 Gibbs 자유 에너지 변화를 계산하는 것입니다. 이 관계는 다음과 같이 제공됩니다.

깁스 자유 에너지와 패러데이 상수

여기서 E 셀은 전기화학 셀의 전위이고, n 은 교환된 전자의 수이고 F 는 패러데이 상수입니다.

이것은 화학에서 패러데이 상수를 사용하는 몇 가지 예에 불과하다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 이 상수가 밝혀지는 다른 방정식이 있습니다.

패러데이 및 패러데이에 대한 참고 사항

전기화학 및 기타 분야에서 계산을 수행할 때 방금 본 것처럼 패러데이 상수 F가 자주 나타납니다. 그러나 패러데이(작은 f)라는 전하 단위도 있습니다. 패러데이 상수와 패러데이 상수는 동일하지 않으므로 혼동하지 않도록 주의해야 합니다.

패러데이는 전기화학 반응에 관여하는 물질의 1그램 당량에서 방출되는 전하와 동일한 무차원 전하 단위입니다.

Michale Faraday는 커패시턴스에 대한 연구를 포함하여 전자기학에 대한 연구도 수행했습니다. 저명한 영국 과학자를 기리기 위해 전기 용량의 기본 단위를 패럿이라고 불렀으며 패러데이 또는 패러데이 상수와 관련이 없습니다.

참조

NIST, 기본 물리적 상수

Bolívar, G. (2019년 7월 31일). 패러데이 상수: 실험적 측면, 예, 용도 . 생명. https://www.lifeder.com/faraday-constant/

장로리(2008). 화학 및 생물 과학을 위한 물리 화학 (제3판). MCGRAW 힐 교육.

장로영, & Goldsby, K. (2013). 화학 (11판). 맥그로힐 인터아메리카나 데 에스파냐 SL

González, M. (2010년 11월 16일). 패러데이 상수 . 화학 가이드. https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/constante-de-faraday

화학.ES. (n.d.). 패러데이 상수 . https://www.quimica.es/enciclopedia/Constante_de_Faraday.html

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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