Politechnika Opolska Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki Kierunek: Logistyka	Krystyna Dombrowska	10.05.2014
Grupa laboratoryjna nr 1	12. Wyznaczanie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faradaya

I. Wstęp teoretyczny

Proces rozpadu drobin związków chemicznych na jony pod wpływem rozpuszczalnika nazywamy dysocjacją. Zjawisko te polega na powstawaniu jonów dodatnich, kationów, i jonów ujemnych, anionów. Dysocjacji elektrolitycznej towarzyszy proces przeciwny, tzn. spotykanie się, będących w ciągłym ruchu jonów o znakach przeciwnych, zwaną rekombinacją. Ilość dysocjowanych drobin zależy od: temperatury, stężenia roztworu, rodzaju rozpuszczalnika.

Stosunek liczby drobin dysocjowanych N do całkowitej liczby drobin No w roztworze nazywamy stopniem dysocjacji.

Ponieważ jony są cząstkami posiadającymi ładunek, mogą one „przenosić” prąd elektryczny. Umieszczenie w roztworze elektrod z przyłożoną do nich różnicą potencjałów powoduje uporządkowany ruch jonów. Proces taki wraz z towarzyszącymi mu zjawiskami chemicznymi zachodzącymi na elektrodach i w elektrolicie nazywamy elektrolizą.

Przewodnictwo większości elektrolitów rośnie ze wzrostem stężenia roztworu, osiągając maksimum, po czym maleje

Wzrost temperatury powoduje wzrost ruchliwości jonów i stopnia dysocjacji.

Wyróżnia się dwa rodzaje przewodników: metale i elektrolity. Przepływ prądu przez elektrolity podporządkowany jest prawu Ohma.

Prawo Ohma mówi, że napięcie elektryczne U na końcach odcinka przewodnika jest proporcjonalne do natężenia prądu elektrycznego I płynącego przez ten przewodnik: U = RI, gdzie R jest oporem elektrycznym.

Pierwsze Prawo Elektrolizy Faradaya

Masa substancji wydzielonej podczas elektrolizy jest zawsze proporcjonalna do ładunku, jaki przepłynął przez elektrolit, niezależnie od rodzaju elektrolitu i elektrod.

Prawo to można zapisać równaniem:

gdzie:

m jest masą która podczas procesu wydziela się na danej elektrodzie,

I jest natężeniem prądu przepływającego przez roztwór,

t to czas, w jakim trwa elektroliza,

Q jest ładunkiem unoszonym przez jony,

k stanowi pewien współczynnik proporcjonalności. Ten współczynnik nazywany jest także elektrochemicznym równoważnikiem substancji wydzielonej i ilościowo równa się całkowitej masie wydzielonych na elektrodzie jonów, jeżeli przez roztwór w jednostce czasu przepływa pojedyncza jednostka ładunku elektrycznego.

Drugie Prawo Elektrolizy Faradaya

Stosunek mas m₁ oraz m₂ substancji wydzielonych na elektrodach podczas przepływu jednakowych ładunków elektrycznych jest równy stosunkowi ich równoważników elektrochemicznych R₁ oraz R₂, czyli:

Gdzie: m₁,m₂ to wydzielone masy

R₁, R₂ to równoważniki chemiczne, przy czym

gdzie: A – masa atomowa oraz W – wartościowość

Jeśli ładunek przeniesiony w trakcie obu elektroliz jest jednakowy I₁t₁=I₂t₂, (Q₁=Q₂) można zapisać, że:

Gdzie: F- jest wielkością stałą i nosi nazwę stałej Faradaya

Pierwsze prawo Faradaya można zatem zapisać w postaci:

Skąd widać, że gdy It=F wtedy m=R. Stała Faradaya jest równa ładunkowi, którego przepływ powoduje wydzielania na elektrodzie masy równej równoważnikowi chemicznemu danej substancji.

Stała Faradaya wynosi 9,6490 * 10⁴ C/gramorównoważnik i nie zależy od rodzaju wydzielającej się substancji

II. Pomiary

a) niepewności pomiarowe

• Niepewności wzorcowania:

_∆dI= 0,5 A

_∆dt = 0,01 s

_∆dm = 0,01 g

• Niepewności eksperymentatora:

_∆eI= 0,2 A

_∆et = 1 s

_∆em = 0,01 g

b) tabela pomiarowa

t[s]	0	180	360	540	720	900	1080	1260	1440	1620	1800	1980	2160
I[A]	0,61	0,61	0,609	0,608	0,607	0,605	0,603	0,601	0,600	0,600	0,598	0,595	0,595

I śr [A]	m1 [g]	m2 [g]	m2 -m1 [g]
0,603	96,40	96,82	0,42

III. Obliczenia

1. Powierzchnia katody

2. Współczynnik elektrochemiczny

   

   

   

3. Stała Faraday'a

   Stałą Faradaya obliczamy na podstawie II prawa elektrolizy:

   

   wartościowość: W = 2 ,

   masa atomowa: A = 63,57

   

   R = 31.78

4. Niepewności pomiarowe

a) Niepewność pomiarowa u(I)

u(I)=

b) Niepewność pomiarowa u(m)



c) Niepewność pomiarowa u(t)

d) Niepewność pomiarowa u(k)

e) Niepewność pomiarowa u(F)

f) Względna niepewność pomiarowa

IV. Wnioski

Celem doświadczenia było wyznaczenie równoważnika elektrochemicznego i stałej Faraday’a. Na podstawie pomiarów prądu przepływającego przez elektrolit i zmieniającego się w czasie, czasu i zmiany masy katody (przed rozpoczęciem i po zakończeniu eksperymentu) obliczyłem, iż stała Faradaya wynosi: (wartość tablicowa to ). Różnice między uzyskanymi przeze mnie wartościami, a wartościami rzeczywistymi wynikają z niedokładności urządzeń pomiarowych, błędów eksperymentatora przy odczytywaniu oraz innych czynników, które mogły wpłynąć na pomiary. Są one wyższe niż błąd pomiarowy, ale wciąż moje rezultaty pozostają bardzo zbliżone do wartości oczekiwanych i dowodzą słuszności I i II prawa Faraday'a.