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Costante di Faraday

Quanto vale la costante di Faraday?

La costante di Faraday, indicata con la lettera F, è una costante che indica la quantità totale di carica elettrica di una mole di elettroni.

Prende il nome in onore del fisico e chimico britannico Michael Faraday.

Ricordando la definizione della costante di Faraday e sapendo che la carica elettrica di un singolo elettrone è pari a

e ≈ 1,602 · 10−19 C

e che una mole di elettroni è costituita da

NA ≈ 6,022 · 1023  mol-1,

è facile calcolare il valore della costante di Faraday. Infatti:

F = e · Na ≈ 1,602 · 10−19 C · 6,022 · 1023  mol-1 ≈ 96400 C / mol

Il valore esatto della costante di Faraday è:

F = 96485 C / mol

Il valore della costante di Faraday trova applicazione nei seguenti argomenti:

Misura della costante di Faraday

La prima misura accurata della costante di Faraday è stata fatta tramite un esperimento coulombometrico di grande precisione condotto presso il National Bureau of Standards degli Stati Uniti.

Un diagramma schematico dell'esperimento è rappresentato nella figura seguente:

misura della costante di faraday

Il metodo consiste nella dissoluzione elettrolitica di un anodo di argento metallico di alta purezza in una soluzione acquosa di HCIO, 20% (m/m) contenente AgClO4, 0,5% (m/m).

Anodo d'argento: Ag(s) → Ag+ + e-

Catodo di platino: Ag+ + e- → Ag(s)

È stato scelto questo elettrolita perché l'argento metallico è molto stabile in questa soluzione e non si scioglie spontaneamente.

In un esperimento tipico, l'elettrolisi è stata eseguita utilizzando un voltaggio di 1,0182098 V ed una corrente elettrica di 0,203639 0 A per un tempo di 18 000,075 s.

La perdita di massa all'anodo è stata di 4,097900 g.

Il numero di Coulomb passati attraverso la cella è perciò:

q = I · t = (0,203639O A) · (18000,075 s) = 3665,5173 C

La quantità di argento ceduta dall'anodo è:

moli di Ag = (4,097900 g) / (107,868 g/mol) = 3,79899 · 10-2 mol

Coulomb e moli possono essere combinati per calcolare la costante di Faraday:

F = coulomb / moli = (3665,5173 C) / (3,79899 · 10-2 mol) = 96485 C/mol

Non tutto l'argento ceduto dall'anodo è stato ossidato.

Una frazione (compresa tra lo 0,01% e il 15%) dell'Ag si è semplicemente staccata man mano che le parti adiacenti dell'elettrodo venivano elettrolizzate.

Questo sedimento è stato raccolto e pesato alla fine dell'esperimento per ottenere la vera massa dell'argento ossidato.

I bicchieri e i sifoni intermedi dell'apparecchiatura rappresentata in figura servono per separare fisicamente i compartimenti dell'anodo e del catodo.

Ciò impedisce che l'Ag depositato sul catodo di platino si distacchi e venga pesato con il sedimento dell'anodo.

E' superfluo ricordare che per purificare l'anodo d'argento è stata necessaria la massima cura.

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