Zespół 3 |
Katarzyna Fornalska |
Grupa 11 IŚ |
E 12 |
Dysocjacja elektrolityczna |
|
|
|
|
Wprowadzenie
Ilość substancji wydzielających się w czasie elektrolizy na elektrodach określona jest prawami, które w drodze eksperymentalnej zostały ustalone przez Faradaya.
I prawo Faradaya : Podczas elektrolizy, w czasie Δt, na elektrodach woltamertu wydzielają się ilości substancji o masach m wprost proporcjonalnych do ładunku Δq, przeniesionego w tym czasie przez elektrolit:
m = k Δ q
wiemy, że Δq =I Δt, więc
m = k I Δt
gdzie I - natęZenie prądu, k - współczynnik proporcjonalności.
Współczynnik ten jest zależny od rodzaju wydzielającej się substancji, natomiast niezależny jest od stężenia rostworu, od kształtu i od wzajemnej odległości elektrod oraz od tem. Roztworu. Współczynnik k nosi nazwę równoważanika elektrochemicznego danej substancji. Liczbowo jest on równy masie substancji wydzielonej przez prąd o natężeniu 1 ampera w czasie 1 sekundy.
Równoważnik elektrochemiczny można również interpretować na gruncie rozważań molekularnych. Jeżeli oznaczamy masę pojedyńczego jonu m',jego ładunek przez e oraz liczbę wydzielonych jonów przez N, to wówczas zachodzą następujące zależności: masa wydzielonej substancji m=Nm' oraz przeniesiony ładunek Δq=Ne. Podstawiając te wartości do I prawa Faradaya otrzymujemy:
N m' = k N e
z czego wynika, że
k = m' / e
Jeden ze sposobów pomiaru ładunku elementarnego e polega na wykorzystaniu tej zależności. Mając znaną masą jednego jonu oraz wyznaczony na podstawie elektrolizy równoważnik elektrochemiczny k, możemy w myśl tej zależnosci wyliczyć ładunek elementarny.
II prawo Faradaya : ten sam prąd ( takie samo natężenie i ten sam czas przepływu ) wydziela z różnych elektrolitów masy jonów proporcjonalne do równoważników chemicznych tych substancji
m1 : m2 :..... = R1 : R2 : .....
Równoważnikiem chemicznym nazywamy liczbę gramów tej substancji, równą A/w gdzie : A - masa atomowa albo cząsteczkowa jonu wydzielającego się na elektrodzie, w - wartościowość jonu, tj. liczba podająca, ile atomów wodoru może zastąpić lub związać w chemicznym związku dany jon.
Z I prawa elektrolizy wynika, że stosunek mas różnych jonów wydzielonych w czsie przepłuwu tego samego prądu można zastąpić stosunkiem równowarzników elektrochemicznych
m1 = k1 Δ q ; m2 = k2 Δ q ;
Wtakim razie
m1 : m2 :..... = k1 : k2 :....
uwzględniając ten związek między masami różnych jonów mamy
podstawę do wyrażenia II prawa elektrolizy również w postaci równania
k1 : k2 :.... = R1 : R2 : .....
Z II prawa Faradaja wynika, że na wydzielenie 1 równoważnika gramowego dowolnego jonu potrzebny jest taki sam ładunek ; ładunek ten nazywamy stałą Faradaya [F]. I prawo Faradaja dla masy R jednego
równoważnika gramowero wydzielonej substancji ma postać
R = k F
stąd stała Faradaya
F = - R / k
OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW
Wykonane przez nas pomiary zamieściliśmy w tabeli wkonaliśmy również wykres.
Wynik z obliczeń dotyczą obliczeń stałej k oraz F :
obliczamy stałą k :
k= m / Δ q 233 / - 470 = - 0,4957
obliczamy stałą F :
R = 31,8
F = - R / k -31,8 / - 0,4975 = 64, 1459
RACHUNEK BŁĘDÓW
Wszystkie pomiary dokonane w ćwiczeniu obarczone są niestety błędami wynikającymi z dokładności używanych przyrządów pomiarowych oraz innych czynników jak np. użycie różnych przewodów połączeniowych.
Maksymalny dopuszczalny błąd pomiaru wyznacza się z zależności:
F = R / k = R ⋅ k-1
ln F = ln R + ln k-1 = ln R + ln k
d F / F = d k / k
ΔF / F = Δk / k
ΔF = F ⋅ Δk/ k
ΔF = 80529 ⋅ 0.00001 / 0.39464 = 2.0405