Wydział Metali Nieżelaznych

Kierunek: Metalurgia

Rok: IV

Temat: Liczba Avogadro

Wykonali:

Głogowski Adam

Marczewski Maciej

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.

Kolejne odczyty	Czas trwania elektrolizy t [s]	Natężenie prądu I [mA]	Wartość średnia natężenia prądu Iśr [mA]	Stała Avogadro NA [mol^-1]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50	60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700 2760 2820 2880 2940 3000	3,64 3,58 2,00 2,62 1,99 1,37 1,18 1,16 1,09 1,05 1,16 1,40 1,20 1,66 1,43 1,53 1,66 1,70 1,97 1,86 2,07 2,18 2,22 1,92 2,25 2,43 2,21 2,42 2,24 2,37 2,46 2,47 2,44 2,56 2,21 2,44 2,27 2,37 2,27 2,30 2,47 2,24 2,33 2,38 2,20 2,40 2,16 2,38 3,01 3,07	2,12	4,79∙10^23

5. Obliczanie ilości moli wydzielonego wodoru na podstawie równania stanu gazu doskonałego.

pV = nRT

p — ciśnienie; p = 760 mm Hg = 101325 [Pa]

V — objętość;
=1,0 cm³ = 0,000001 [m³]

T — temperatura; T = 21⁰C = 294 [K]

R — stała gazowa; R = 8,31

n- ilość moli wydzielonego wodoru

6.Oblicznie liczby moli elektronów jaka przepłynęła przez badany układ w czasie elektrolizy.

Do obliczeń wykorzystujemy poniższą reakcje:

K:

1)

7.Obliczanie ładunku Q jaki przepłynął przez badany układ.

Korzystamy z następującej zależności :

1)
6,36 [C]

8.Oblicznaie liczby elektronów N_e jaka przepłynęła przez układ.

e- ładunek elektronu równy

1)

9.Na podstawie otrzymanych wyników wyznaczamy liczbę Avogadro N_A

1)

Wnioski:

Ćwiczenie dotyczyło wyznaczenia liczby Avogadro (liczby cząstek zawartych w jednym molu substancji).Za najdokładniejszą wartość liczby Avogadro przyjmuje się:

Wartość N_A wyznaczona w doświadczeniu równa jest
.

Taki wynik może być związany z błędem pomiarowym i niewystarczającą dokładnością przy wykonywaniu eksperymentu.

Wykonanie tylko jednej próby związane jest z problemami z aparaturą pomiarową.

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

H₂O + NaOH

0.030 V

Zasilaczccz

Amperomierz

1 cm

---