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Jul 13, 2023

Was ist die Faraday-Konstante? (Definition, Formel)

Wir verwenden die Faradaysche Konstante, um die Menge an elektrischer Ladung zu berechnen, die pro Zeiteinheit durch einen Stromkreis fließt. Die Faraday-Konstante ist gleich der elektrischen Ladung pro Mol Elementarladungen

Wir verwenden die Faradaysche Konstante, um die Menge an elektrischer Ladung zu berechnen, die pro Zeiteinheit durch einen Stromkreis fließt. Die Faraday-Konstante ist gleich der elektrischen Ladung pro Mol Elementarladungen (wie Elektronen). Ein Mol ist definiert als die Anzahl der Atome oder Moleküle in genau 12 Gramm reinem Kohlenstoff-12. Diese Zahl wird Avogadro-Zahl (NA) genannt und beträgt ungefähr 6,022 x 1023 Atome oder Moleküle.

F = NA*e

Wo:

Daher definieren wir die Faraday-Konstante als die Ladung eines Mols Elektronen, die gleich der Elektronenzahl (NA) von Avogadro ist.

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Um zu verstehen, wie die Faradaysche Konstante funktioniert, schauen wir uns an, wie eine Elektrolysezelle funktioniert.

Eine typische Elektrolysezelle besteht aus zwei Elektroden, die in eine Elektrolytlösung getaucht sind. Wenn wir elektrischen Strom an die Elektroden anlegen, fungiert eine Elektrode als Anode und die andere Elektrode als Kathode. An der Anode findet eine Oxidation statt und die Anode verliert Elektronen. An der Kathode findet eine Reduktion statt und die Kathode nimmt Elektronen auf. Die an der Anode verlorenen Elektronen fließen durch den äußeren Stromkreis zur Kathode, wo sie gewonnen werden. Dieser Vorgang ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Menge der durch die Zelle geleiteten elektrischen Ladung hängt von der Menge der Substanz ab, die an den Elektroden oxidiert oder reduziert wird.

Die Faradaysche Konstante setzt die durch die Zelle geleitete elektrische Ladungsmenge (Q) mit der an der Reaktion beteiligten Substanzmenge (n) in Beziehung, und zwar durch die folgende Gleichung:

Q = nF

Dabei ist Q die durch die Zelle geleitete elektrische Ladung, n die Menge der an der Reaktion beteiligten Substanz und F die Faradaysche Konstante.

Der Wert der Faraday-Konstante ist auf 96.485,3399 Coulomb pro Mol Elektronen festgelegt, was bedeutet, dass ein Mol Elektronen 96.485,3399 Coulomb elektrischer Ladung entspricht.

Mit dieser Gleichung können wir die Menge der an der Reaktion beteiligten Substanz berechnen, indem wir die durch die Zelle geleitete elektrische Ladung messen und sie mit dem Kehrwert der Faraday-Konstante multiplizieren.

Die Faradaysche Konstante ist eine grundlegende Konstante in der Wissenschaft, die wir verwenden, um die Menge der elektrischen Ladung zu verstehen und zu quantifizieren, die an vielen chemischen und physikalischen Phänomenen beteiligt ist.

Wir verwenden die Faraday-Konstante in einer Vielzahl von Bereichen, von der Elektrochemie über Thermodynamik, Batterietechnologie, analytische Chemie und mehr. Zu den Anwendungsfällen gehören:

In der Elektrochemie verwenden wir die Faradaysche Konstante, um die Menge der elektrischen Ladung zu berechnen, die an einer chemischen Reaktion beteiligt ist, sowie um das elektrochemische Äquivalent einer Substanz zu berechnen. Wir verwenden diese Konstante, um die Beziehung zwischen der Menge an elektrischer Ladung, die durch eine Elektrolysezelle geleitet wird, und der Menge an Material zu bestimmen, die an den Elektroden elektrolytisch abgeschieden oder gelöst wird.

Bei der theoretischen Untersuchung elektrochemischer Zellen verwenden wir die Faradaysche Konstante, um die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden und die Materialmenge zu berechnen, die an den Redoxreaktionen beteiligt ist.

In der Thermodynamik verwenden wir die Faradaysche Konstante, um die freie Gibbs-Energie elektrochemischer Reaktionen zu berechnen, was wichtig ist, um die Thermodynamik elektrochemischer Systeme zu verstehen.

Die Faradaysche Konstante ist wichtig, um die Kapazität einer Batterie zu bestimmen. Wir verwenden die Konstante bei der Berechnung der Ladungsmenge, die zur Herstellung eines Mols einer Substanz erforderlich ist, was für die Bestimmung der in einer Batterie gespeicherten Energiemenge von entscheidender Bedeutung ist.

In der analytischen Chemie verwenden wir die Faraday-Konstante in vielen verschiedenen Techniken wie der Voltammetrie, um die an einer elektrochemischen Reaktion beteiligte Substanzmenge zu berechnen. Mithilfe dieser Berechnung können wir dann die Konzentration verschiedener Spezies in Lösungen erkennen und quantifizieren.