1. Wprowadzenie:

Drobiny związków chemicznych o wiązaniu jonowym w środowisku o dużej przenikalności elektrycznej łatwo ulegają rozpadowi na jony. Wynika to z osłabienia sił kolumbowskiego oddziaływania między jonami w drobinie. Sytuacja taka ma miejsce w przypadku soli, zasad lub kwasów w roztworze cieczy dipolowej. Cieczą tą najczęściej w praktyce jest woda. Proces rozpadu drobin na jony pod wpływem rozpuszczalnika nazywamy dysocjacją elektrolityczną. Jonami dodatnimi (kationami) są zawsze jony metalu lub wodorowe, zaś jonami ujemnymi (anionami) są jony reszty kwasowej lub grupy OH. Równocześnie zachodzi proces odwrotny. Jony przeciwnych znaków spotkawszy się w toku termicznych ruchów mogą tworzyć obojętne drobiny. Ten proces określony jest mianem rekombinacji jonów. Intensywność obu tych procesów jest zależna od stężenia roztworu i jego temperatury. W każdych warunkach ustala się ściśle określony dla tych warunków stan równowagi dynamicznej między tymi dwoma procesami, któremu odpowiada określone stężenie par jonów w roztworze, lub ściślej; określony stopień dysocjacji.

Wstawienie do roztworu elektrolitycznego elektrod metalowych lub węglowych i wytworzenie między nimi różnicy potencjałów powoduje uporządkowany ruch jonów - anionów ku anodzie (+) oraz kationów ku katodzie (-). Docierające do elektrod jony zobojętniają się oddając ładunek elektrodzie, same zaś bądź wydzielają się w czystej chemicznie postaci, bądź wchodzą w reakcje z atomami elektrod lub innymi atomami otoczenia.

Tak, więc przepływowi prądu przez elektrolit towarzyszą reakcje chemiczne. Przepływ prądu przez elektrolit i towarzyszące mu reakcje chemiczne określa się mianem elektrolizy. Ku elektrodom nie poruszają się same jony powstałe w wyniku dysocjacji. Jony te w wyniku elektrostatycznego oddziaływania z dipolowymi drobinami rozpuszczalnika otaczają się nimi. Proces ten w ogólnym przypadku nazywamy solwatacją, a w przypadku wodnych roztworów hydratacją jonów.

Wspomniane już wydzielanie się substancji chemicznych na elektrodach podlega prawom Faradaya:

- I prawo Faradaya:

Podczas elektrolizy w czasie t, na elektrodach woltametru wydzielają się substancje o masach m wprost proporcjonalnych do ładunku q przeniesionego w tym czasie przez elektrolit

ponieważ:

więc:

gdzie:

k - współczynnik proporcjonalności

I - natężenie prądu

Współczynnik k jest zależny od rodzaju wydzielającej się substancji, natomiast niezależny od stężenia roztworu, od kształtu i od wzajemnej odległości elektrod oraz od temperatury roztworu. Współczynnik k nosi nazwę równoważnika elektrochemicznego danej substancji. Liczbowo jest on równy masie substancji wydzielonej w czasie 1 sekundy, podczas gdy płynie prąd o natężeniu 1 A.

- II prawo Faradaya:

Na wydzielenie się 1 równoważnika gramowego dowolnego jonu potrzebny jest taki sam ładunek. Ładunek ten nazywamy stałą Faradaya F. Dla masy R jednego równoważnika gramowego wydzielonej substancji mamy:

stąd stała Faradaya:

dla miedzi R=31.8g.

2. Tabela pomiarów:

t [s]	0	180	360	540	720	900	1080	1260	1440	1620	1800
I [A]	0,65	0,65	0,65	0,65	0,65	0,65	0,65	0,65	0,64	0,64	0,64

Iśr [A]	m1 [g]	m2 [g]	m2-m1 [g]
0,647	146,51	146,81	0,3

Powierzchnia katody wynosi P=0,65 dm².

Wartość prądu, przy której przeprowadzona została elektroliza wynosi I=0,65 A.

3. Obliczenia:

Wartość równoważnika elektrochemicznego miedzi obliczamy ze wzoru

który po przekształceniu ma postać:

Wartość stałej Faradaya wyznaczamy ze wzoru

4.Rachunek i dyskusja niepewności pomiarowych:

Niepewność wzorcowania dla wielkości m_, I, t wynosi odpowiednio

Niepewność eksperymentatora dla wielkości m, I, t wynosi odpowiednio

Pomiar wielkości m nie jest obarczony niepewnością eksperymentatora gdyż do pomiaru użyta została waga cyfrowa.

0,647Całkowita niepewność pomiarowa wielkości m, I, t wynosi odpowiednio

Do obliczenia niepewności całkowitej wielkości k oraz F korzysta się ze wzoru

który po przekształceniu, dla wartości k ma postać

dla wartości F

5.Wnioski

Celem doświadczenia było wyznaczenie równoważnika elektrochemicznego i stałej Faradaya. Uzyskane wartości odbiegają znacznie od wartości tablicowych nawet po uwzględnieniu rachunku niepewności. Przyczyną tej rozbieżności może być błędne wykonanie ćwiczenia.

Wyznaczanie współczynnika
elektrochemicznego i stałej Faradaya

- 4 -

---