Inżynieria Środowiska I	WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ELEKTROCHEMICZNEGO I STAŁEJ FARADAYA	18.05.2010
Ćw. nr 13	Arkadiusz Gużda

I Opis 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.

I PRAWO ELEKTROLIZY FARADAYA

Ponieważ każdy docierający do elektrody jon niesie zarówno ładunek, jak i masę, a produkty rozkładu elektrolitycznego pojawiają się wyłącznie na powierzchni elektrod nigdy zaś w elektrolicie wiec ilość masy substancji wydzielonej na elektrodzie jest proporcjonalna do przeniesionego przez elektrolit ładunku Q:

m=kQ ;k-współczynnik proporcjonalności, (równoważnik elektrochemiczny) równy masie substancji wydzielonej przez prąd o natężeniu 1Aw czasie 1s (ładunek 1C)

Jeśli przez elektrolit przepływa stały prąd o natężeniu I w czasie t trwania elektrolizy to:

m=kIt

II PRAWO FARADAYA

Masy substancji wydzielonej na elektrodzie z dowolnego roztworu mają się do siebie jak równoważniki chemiczne tych substancji, czyli

Ponieważ m=kIt, to:

Jeśli ładunek przeniesiony w trakcie obu elektroliz jest jednakowy to: k=aR

(a - współczynnik proporcjonalności, a=1/F) k=R/F

(F- stała Faradaya)

I prawo można, więc zapisać także jako:

(gdy It=F, wtedy m=R)

Stała Faradaya jest równa ładunkowi, którego przepływ powoduje wydzielanie na elektrodzie masy równej równoważnikowi chemicznemu danej substancji.

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

III Obliczenia :

Pierwsze prawo elektrolizy mówi, że ilość masy m wydzielonej na elektrodzie jest równa iloczynowi natężenie prądu I w czasie trwania elektrolizy t i równoważnika elektrochemicznego k:

W celu obliczenia współczynnika k przekształciłam ten wzór do postaci:

po podstawieniu wartości z wykonanego ćwiczenia otrzymujemy równoważnik elektrochemiczny k :

Z równania

można obliczyć Stałą Faraday'a :

Gdzie

Z tablic odczytałam wartość masy atomowej miedzi i otrzymałem następującą wartość współczynnika chemicznego:

R=63,57/2=31,8

Stała Faraday'a według moich pomiarów wynosi:

Obliczanie niepewności:

Niepewność wzorcowania amperomierza wynosi:

Δ_dI=0,01 A

Na podstawie powyższych danych obliczam niepewność całkowitą:

A

Niepewność wzorcowania sekundomierza wynosi:

Δ_dt=0,1 s

Na podstawie powyższych danych obliczam niepewność całkowitą:

Niepewność wzorcowania wagi wynosi:

Δ_dm=0,01 g

Niepewność eksperymentatora wynosi:

Obliczam niepewność całkowitą:

g

Niepewność całkowitą obliczyłam ze wzoru zawartego w skrypcie:

Dla współczynnika elektrochemicznego obliczonego ze wzoru
niepewność u(k) wynosi:

Pochodne cząstkowe wynoszą:

czyli,

Natomiast u(F) wynosi:

IV Wnioski

Celem doświadczenia było wyznaczenie równoważnika elektrochemicznego i stałej Faradaya. Obliczona na podstawie pomiarów masy, natężenia prądu i czasu stała Faradaya wynosi:

Według moich obliczeń współczynnik elektrochemiczny wynosi:

Po uwzględnieniu rachunku błędów obliczone wielkości nie są zyt porównywalne z wielkościami tablicowymi, które wynoszą:

Mogło być to spowodowane błędami w obliczeniach, zmęczeniem umysłu czy też innych czynników, które mogły spowodować takie rozeznania.

6

m1,m2 - wydzielone masy

R1, R2 - równoważniki chemiczne

R=A/W (A-masa atomowa, W-wartościowość)

R-równoważnik chemiczny

A-masa atomowa

W-wartościowość

W=2 A=63,57

stad R=31.78

Niepewność eksperymentatora wynosi:

Niepewność eksperymentatora wynosi:

---