Wstęp teoretyczny

Do elektrolitów( tzw. przewodników drugiej klasy) należą przede wszystkim roztwory soli, kwasów i zasad w wodzie lub w innych rozpuszczalnikach o dużej przenikalności elektrycznej. Ogólnie elektrolitami są substancje, w których występują wiązania jonowe. Cząsteczki takich substancji złożone są z atomów lub grup atomów o ładunkach przeciwnego znaku (jonów), przyciągających się siłami kulombowskimi.

Jeśli z pewnych przyczyn siły między jonami zostaną znacznie zmniejszone, wówczas już nawet ruchy termiczne jonów wystarczą do rozerwania wiązań. Taki proces nazywa się dysocjacją. Swobodne jony powstałe w wyniku rozerwania zdolne są do przewodzenia jonów. Nośnikami prądu w elektrolitach są swobodne elektrony o dużej masie. Przewodzenie prądu przez elektrolity związane jest więc z transportem masy. Jonami dodatnimi (kationami) są np. jony wodoru H⁺ i metali (Na⁺ , Al³⁺), a jonami ujemnymi (anionami), np. jony reszt kwasowych (SO^2-_{4 ,} Cl^-) i grupy wodorotlenowej OH^-.

Z chwilą przyłożenia do elektrolitu zewnętrznego pola elektrycznego, tzn. z chwilą zanurzenia w roztworze dwóch elektrod połączonych ze sobą źródłem napięcia, na jony działają siły elektrostatyczne. Pod ich wpływem istniejące w roztworze kationy zmierzają do elektrody o potencjale ujemnym (katody), a aniony do elektrody o potencjale dodatnim (anody). W elektrolicie następuje uporządkowany ruch ładunków elektrycznych, czyli płynie prąd.

Całość zjawisk zachodzących przy przepływie prądu elektrycznego przez elektrolity nazywamy elektrolizą. Jony docierając do elektrod w trakcie procesu elektrolizy ulegają zobojętnieniu i wydzielają się na nich, bądź też reagują z materiałem elektrody , czy też rozpuszczalnikiem.

Przy elektrolizie CuSO₄ i przy zastosowaniu miedzianych elektrod, na katodzie wydziela się miedź metaliczna natomiast na anodzie wytwarza się nowa drobina CuSO₄ , w wyniku wtórnej reakcji obojętnej cząsteczki SO₄ z miedzią i stężenie roztworu nie zmienia się. Natomiast zmniejsza się masa anody. O tyle samo zwiększa się masa katody, cołatwo sprawdzić eksperymentalnie.

Cu + SO₄ CuSO₄

Ilość substancji wydzielających się w czasie elektrolizy określona jest prawami sformułowanymi przez Faraday'a.

Wielkość wydzielonej masy na elektrodach jest proporcjonalna do ładunku Q, który przepłynął przez elektrolit.

M = kQ lub m = kIt

Gdzie: I- natężenie prądu

t- czas

k- współczynnik zwany równoważnikiem elektromechanicznym.

Równanie to nazywa się I prawem Faraday'a.

Jony o wartościowości w = 1,2,3... posiadają ładunek elektryczny dodatni lub ujemny, równy co do wielkości ładunkowi w elektronów, tzn.

e' = we

Stanowi to właściwy sens II prawa Faraday'a

Z dodania treści obu praw Faraday'a możemy otrzymać zależnośc:

A podstawiając do powyższego równania wzór m = kQ otrzymujemy:

Doświadczenie polegało na przeprowadzeniu elektrolizy siarczanu miedzi CuSO₄ przy natężeniu prądu 0,2 Ampera w czasie 30 minut, i zbadaniu, jaka masa wydzieli się na katodzie. Na odstawie tej zmiany należało wyznaczyć elektrochemiczny równoważnik miedzi oraz stała Faraday'a

Masa początkowa katody m₁ wynosiła - 79,150 g

Masa końcowa m₂ - 79,270 g

Natężenie prądu w elektrolicie - I = 0,2 A

Czas trwania elektrolizy - t = 30 minut

Elektrochemiczny równoważnik miedzi - k

Stała Faraday'a - F

Masa molowa dwuwartościowego jonu miedzi - R = 31,78

M = kIt
k = 3,3 * 10^-7

; Q = It F = 95340 C.

Graniczny błąd względny równoważnika elektrochemicznego:

;
- dokładność odczytu amperomierza = 0,01

- podwójna dokładność ważenia = 0,002

- dokładność odczytu czasu = 1

0,5175

Graniczny błąd względny stałej Faraday'a

0,5175

---