Wydział Metali Nieżelaznych

Przeróbka Plastyczna

Rok IV

Zespół 3

Fizykochemiczne metody analizy

Ćwiczenie 3

Liczba Avogadro

Wykonali:

Leśniewski Mirosław

Lewandowski Tomasz

Ludwik Ireneusz

1. Wstęp

Liczba cząsteczek zawartych w jednym molu dowolnej substancji, zwana jest liczbą Avogadro i oznaczana symbolem N_A. Za najdokładniejszą wartość liczby Avogadro przyjmuje się obecnie:

N_A = 6.022045 (31) ^. 10²³ mol^-1

Znajomość liczby Avogadro pozwala na obliczenie bezwzględnej masy atomu i cząsteczki. Np. w 1 molu atomów wodoru, tj. w 1.0079 g wodoru, mamy 6.022045 ^. 10²³ atomów wodoru. Masa pojedynczego atomu wodoru, m_H, wynosi więc:

Jeżeli weźmiemy pod uwagę dwie różne substancje gazowe (każda w ilości 1 mol) to zawierają one taką samą liczbę cząsteczek. Zgodnie z hipotezą Avogadro muszą więc mieć taką samą objętość jeżeli wykazują taką samą temperaturę (T) i takie samo ciśnienie (p). Zatem w danych warunkach (p i T) objętość 1 mola cząsteczek dowolnej substancji gazowej jest stała¹. W warunkach normalnych (T = 273.15 K, p = 101325 Pa) objętość ta wynosi 22.41383 (70) dm^{3 .} mol^-1.

Stała Avogadro, N_A, może być wyznaczona na drodze eksperymentalnej różnymi metodami. Jedną z najprostszych jest elektroliza H₂O. W trakcie procesu elektrolizy, w wyniku rozkładu H₂O, na katodzie wydziela się gazowy wodór a na anodzie tlen. Reakcje elektrodowe opisano poniżej:

K:
(1)

A:
(2)

Rejestrując wartość natężenia prądu elektrolizy I oraz wyznaczając objętość wydzielonego gazu V (np. H₂) można obliczyć stałą N_A.

2. Cel ćwiczenia

1. Wyznaczyć wartość liczby Avogadro.

Odczynniki, materiały i aparatura:

Roztwory bazowe: 1 M NaOH w H₂O

Elementy układu pomiarowego: Reaktor (naczynie szklane z pokrywką)

Dwie strzykawki

Amperomierz

Zasilacz elektrolizera

Termometr

Elektrody (izolowane druciki)

3. Wykonanie

1. Zestawić układ pomiarowy do elektrolizy

1. napełnić reaktor oraz strzykawki roztworem NaOH (tak aby w strzykawkach nie było pęcherzy powietrza)

2. strzykawki umieścić w otworach pokrywki w taki sposób aby po nakryciu elektrolizera ich końcówki zanurzone były w elektrolicie

3. poprzez otwory w każdej ze strzykawek włożyć elektrody do przestrzeni elektrodowych (końcówka elektrody powinna być widoczna w strzykawce)

4. elementy zestawu pomiarowego (zasilacz, amperomierz, elektrody) połączyć ze sobą szeregowo w obwód elektryczny

2. Rozpocząć pomiar: włączyć amperomierz, zasilacz oraz stoper. W odstępach 1 min. notować wartość natężenia prądu elektrolizy. W czasie trwania elektrolizy zmierzyć temperaturę roztworu elektrolitu oraz aktualne ciśnienie atmosferyczne.

3. Po wypełnieniu przestrzeni katodowej wodorem do żądanej objętości (np. 1 cm³) wyłączyć stoper oraz prąd.

4.Opracowanie wyników.

Tabela wyników i obliczeń

Czas t [s]	Natężenie prądu I [A]
		Pomiar 1	Pomiar 2	Pomiar 3	Pomiar 4
0	0,00974	0,00957	0,00929	0,0095
60	0,00971	0,00954	0,00926	0,00945
120	0,00962	0,00947	0,0093	0,00947
180	0,0096	0,00944	0,00932	0,00948
240	0,00961	0,00953	0,00934	0,00951
300	0,00962	0,00952	0,00937	0,00954
360	0,00964	0,00951	0,00938	0,00958
420	0,00967	0,0095	0,00941	0,0096
480	0,00965	0,00957	0,00941	0,0096
540	0,00967	0,00959	0,00945	0,00957
600	0,00969	0,00961	0,00946	0,00961
660	0,0097	0,00965	0,00946	0,00958
720	0,00973	0,00962	0,00947	0,00957
780	0,00975	0,0096	0,00947	0,00956
840	0,00974	0,00965	0,00948	0,00955
900	0,00972	0,00962	0,00949	0,00957
	0,009679	0,009562	0,009398	0,009546
Stała Avogadro

Ilość moli wydzielonego wodoru wyznaczone z równania stanu gazu doskonałego:

=0,000001

Ilość moli elektronów, jaka przepłynęła przez badany układ w czasie elektrolizy wynosi:

Dla każdego eksperymentu, wyznaczone ładunki z zależności
wynoszą:

Pomiar 1-

Pomiar 2-

Pomiar 3-

Pomiar 4-

Liczba elektronów, jaka przepłynęła przez układ:

gdzie

Pomiar 1- Przykład obliczeń:

Pomiar 2-

Pomiar 3-

Pomiar 4-

Wyznaczenie liczby Avogadro z zależności

Pomiar 1- Przykład obliczeń:

Pomiar 2-

Pomiar 3-

Pomiar 4-

Wnisoki

Wyznaczone liczby Avogadro dla wszystkich pomiarów są niemal sobie równe oraz w przybliżeniu równe najdokładniejszej wartości liczby Avogadro wynoszącej N_A = 6,022045 * 10²³ mol^-1. Minimalne błędy występujące w pomiarach są związane z niedokładnością układu pomiarowego.

¹ Twierdzenie to jest słuszne pod warunkiem, że rozpatrywane substancje gazowe traktowane są jak gaz doskonały i stosują się do praw gazu doskonałego.

1 cm

Amperomierz

Zasilaczccz

0.030 V

H₂O + NaOH

1 cAmperomierz

---