постоянная Фарадея

В физической химии постоянная Фарадея ( символ $F$ , иногда стилизованный как ℱ) — физическая константа, определяемая как частное от деления полного электрического заряда ( q ) на количество ( n ) элементарных носителей заряда в любом данном образце вещества: F = q / n ; она выражается в единицах кулонов на моль (Кл/моль). Как таковая, она представляет собой « молярный элементарный заряд » ^[1] , то есть электрический заряд одного моля элементарных носителей (например, протонов). Она названа в честь английского ученого Майкла Фарадея . С момента пересмотра СИ 2019 года [ ^1] постоянная Фарадея имеет точно определенное значение, произведение элементарного заряда ( e , в кулонах) и постоянной Авогадро ( N _A , в обратных молях):

F = е \times NA ​

= 1,602 176634 \times 10 -19 Кл \times 6,022 14076 \times 1023 моль -1

= 9,648 53321233100184 \times 104 Кмоль -1

Вывод

Постоянную Фарадея можно рассматривать как коэффициент преобразования между молем (используемым в химии) и кулоном (используемым в физике и в практических электрических измерениях), и поэтому она особенно полезна в электрохимии . Поскольку существует ровно N _A =6,022 140 76 × 10 ²³ объектов на моль, ^[1] и имеется ровно $.mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output .sfrac.tion,.mw-parser-output .sfrac .tion{display:inline-block;vertical-align:-0.5em;font-size:85%;text-align:center}.mw-parser-output .sfrac .num{display:block;line-height:1em;margin:0.0em 0.1em;border-bottom:1px solid}.mw-parser-output .sfrac .den{display:block;line-height:1em;margin:0.1em 0.1em}.mw-parser-output .sr-only{border:0;clip:rect(0,0,0,0);clip-path:polygon(0px 0px,0px 0px,0px 0px);height:1px;margin:-1px;overflow:hidden;padding:0;position:absolute;width:1px}⁠1/е⁠ = ⁠10 19/1.602 176 634⁠$ элементарных зарядов на кулон,^[1] постоянная Фарадея определяется как частное от деления этих двух величин:

Ф = ⁠ Н А / 1/ е ⁠ = 9,648 53321233100184 \times 104 Кмоль -1

Одно из распространенных применений постоянной Фарадея — расчеты электролиза . Можно разделить количество заряда (ток, интегрированный по времени) на постоянную Фарадея, чтобы найти химическое количество вещества (в молях), которое было электролизовано.

Значение $F$ было впервые определено в 1800-х годах путем взвешивания количества серебра, осажденного в электрохимической реакции, в которой измеряемый ток пропускался в течение измеряемого времени, и с использованием закона электролиза Фарадея . ^[2] Примерно до 1970 года наиболее надежное значение постоянной Фарадея определялось родственным методом электрорастворения металлического серебра в хлорной кислоте . ^[3]

Другие общие единицы

96,485 кДж на вольт-грамм-эквивалент
23,061 ккал на вольт-грамм-эквивалент
26,801 А·ч/моль

Фарадей – единица заряда

С константой Фарадея связана единица измерения электрического заряда «фарадей» . Она используется гораздо реже, чем кулон , но иногда используется в электрохимии. ^[4] Один фарадей заряда — это заряд одного моля элементарных зарядов (или отрицательного одного моля электронов), то есть,

1 фарадей = Ф × 1 моль =9,648 533 212 331 001 84 × 10 ⁴ С

Наоборот, постоянная Фарадея F равна 1 фарадею на моль.

Фарадей не следует путать с фарадом , не связанной с ним единицей измерения емкости ( 1 фарад = 1 кулон / 1 вольт ).

Смотрите также

Ссылки

^ abcd Newell, David B.; Tiesinga, Eite (2019). Международная система единиц (СИ). Специальная публикация NIST 330. Гейтерсберг, Мэриленд: Национальный институт стандартов и технологий. doi :10.6028/nist.sp.330-2019. S2CID 242934226.
^ Введение в физические константы NIST
^ IUPAC (1976). «Статус постоянной Фарадея как аналитического стандарта». Чистая и прикладная химия . 45 (2): 125–130. doi :10.1351/pac197645020125.
^ Основы физики, том 2, Р. С. Гамбир, 1993, стр. 51