قانون فاراداي في التحليل الكهربائي: من الشحنة إلى الكتلة

الخلاصة السريعة

في النموذج المثالي، الكتلة m=QM/(zF)، حيث z عدد الإلكترونات اللازمة لكل وحدة من المادة وM كتلتها المولية.^[1]

• مع تيار ثابت: Q=It؛ الأمبير كولوم/ثانية، والزمن بالثواني.^[1]
• عند ثبات التفاعل وظروف الكفاءة، تتناسب الكتلة مع الشحنة.^[1][3]
• للشحنة نفسها وكفاءة متساوية، تتناسب الكتل مع M/z.^[1][3]
• ثابت فاراداي نحو 96485.33212 كولوم/مول إلكترونات؛ الوحدة ليست كولومًا فقط.^[2]
• التفاعلات المتزامنة أو اللاحقة قد تغير مردود المادة؛ الحساب المثالي لا يضمن كتلة فعلية.^[3]
• في مثالنا: 2 أمبير لمدة 15 دقيقة تعطي 1800 كولوم؛ مع M=120 g/mol وz=3 نحسب نحو 0.746 غرام.

اقرأ الرموز والوحدات قبل التعويض

يربط F الشحنة بمولات الإلكترونات: n(e)=Q/F. نقسمها على z للحصول على مولات المادة، ثم نضرب في M لحساب الكتلة.^[1]

مع تيار ثابت: Q=It؛ الأمبير كولوم/ثانية، والزمن بالثواني.^[1]

نستعمل F≈96485.33212 C/mol؛ قيمته معرفة بدقة، والعدد المكتوب هنا مقرب.^[2]

مسألة أصلية بثلاث خطوات

نفترض تيارًا ثابتًا مقداره 2 أمبير، وزمنًا قدره 15 دقيقة. نعطي للمسألة مادة افتراضية كتلتها المولية 120 غرامًا/مول، ويحتاج تفاعلها إلى 3 إلكترونات لكل وحدة. هذه معطيات حسابية، لا وصف مادة اختبرناها.

نحوّل الزمن: 15×60=900 ثانية. ثم Q=2×900=1800 كولوم. مولات الإلكترونات نحو 0.018656، ومولات المادة نحو 0.006219. ينتج m≈0.746 غرام.

إذا ضاعفنا الزمن وحده في نموذجنا، تصبح الكتلة نحو 1.492 غرام. لا نغير z أو M أثناء هذه المقارنة.

القانونان وحدود النتيجة

عند ثبات التفاعل وظروف الكفاءة، تتناسب الكتلة مع الشحنة.^[1][3]

للشحنة نفسها وكفاءة متساوية، تتناسب الكتل مع M/z.^[1][3]

نختار للمقارنة مادة أخرى معطاة بـM=60 وz=2. تصبح نسبة الكتلتين (120/3)/(60/2)=4/3. نقارن المكافئين 40 و30، لا الكتلتين الموليتين وحدهما.

يحتاج الانتقال من الحساب إلى مردود فعلي إلى مراعاة كفاءة التفاعل وما قد ينتج المادة أو يستهلكها بعده. لا نفترض أن مرور الشحنة كلها يعني تحقق الترسيب المطلوب وحده.^[3]