Constante De Faraday,Voltaje De Una Pila y Ecuacion De Nerst

La constante de Faraday (símbolo F) es utilizada en física y química, y se define como la cantidad de carga eléctrica en un mol de electrones. La constante de Faraday fue nombrada así en honor del científico británico Michael Faraday. Es utilizada en los sistemas electroquímicos para calcular la masa de los elementos que se formarán en un electrodo.
Está representada por el símbolo F, y estádada por la relación:1

donde NA es el número de Avogadro (aproximadamente 6,022×1023 mol-1) y e es la carga eléctrica elemental, o la magnitud de la carga eléctrica de un electrón (aproximadamente 1.602×10−19 culombios por electrón).
El valor de F fue calculado pesando la cantidad de plata depositada en una reacción electroquímica en la que una cantidad determinada de corriente fue conducida enun determinado tiempo. Este valor fue luego utilizado para calcular el número de Avogadro. Las investigaciones continúan para determinar una manera más exacta de calcular La constante de Faraday, y por lo tanto el número de Avogadro. Inclusive hay planes de utilizar este valor para redefinir el kilogramo en términos de un número específico de átomos.2
Voltaje de la pila
El potencial eléctricoestándar de una pila puede determinarse utilizando una tabla de potenciales estándar para los dos semipilas involucradas. La primera etapa es identificar los dos metales que reaccionan en la celda. A continuación se mira el potencial estándar de electrodo,E0, en V, para cada una de las dos semirreacciones. El potencial estándar de la pila es igual al valor de E0 más positivo menos el valor másnegativo (o menos positivo) del otro E0.
Por ejemplo, en la figura anterior, las soluciones son CuSO4 y ZnSO4. Cada solución contiene una tira del metal correspondiente, y un puente salino o disco poroso que conecta las dos soluciones y que permite que los iones SO42- fluyan libremente entre las soluciones de cobre y zinc. A fin de calcular el potencial estándar de la celda se buscan lassemirreacciones del cobre y del zinc y se encuentra:
Cu2+ + 2 e- Cu: E0 = + 0.34 V
Zn2+ + 2 e- Zn: E0 = - 0.76 V
Por lo tanto, la reacción global es:
Cu2+ + Zn Cu + Zn2+
El potencial estándar de la reacción es entonces 0,34 V - (-0,76 V) = 1,10 V. La polaridad de la celda se determina como sigue: el zinc metálico es reducido más fuertemente que el cobre metálico como muestra el hecho de que elpotencial estándar de reducción para el zinc sea más negativo que para el cobre. Así, el zinc metálico cede electrones a los iones Cu2+ y quedan cargados positivamente. La constante de equilibrio,K, para que la celda viene dada por: \ ln K = \ frac (nFE ^ 0) (RT) donde F es el Faraday, R es la constante de los gases y T es la temperatura en kelvin. Para la pila Daniell K es aproximadamente igual a1,5×1037. Así, en el equilibrio, sólo son transferidos unos pocos electrones, los suficientes para causar que los electrodos estén cargados. 5
Los potenciales de semicelda reales deben calcularse mediante el uso de la ecuación de Nernst ya que los solutos raramente están en sus estados estándar,
Esemicelda = E0 - {RT}/{nF}.lne Q
donde Q es el cociente de reacción. Esto se simplifica a
Esemicelda =E0 +2,303.{RT}/{nF}.log10 [ M n+]
donde M n + es la actividad del ion metálico en la solución. El electrodo metálico está en su estado estándar ya que por definición tiene actividad la unidad. En la práctica se utiliza la concentración en lugar de la actividad. El potencial de la celda completa se obtiene al combinar el potencial de las dos semiceldas, por lo que depende de las concentracionesde ambos iones metálicos disueltos.
El valor de 2,303R/F es 0,19845×10-3 V/K, así a 25 °C (298.15 K) el potencial de semiceldad cambiará en 0.05918V / n si la concentración de un ion metálico aumenta o disminuye en un factor de 10.
Esemicelda = E0semicelda + 0,05918 /n.log10.[M n+ ]
Estos cálculos están basados en la hipótesis de que todas las reacciones químicas están en equilibrio. Cuando...