Robert Maniura

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 27: Wyznaczanie potencjału zerowego ładunku rtęci w różnych elektrolitach.

1. Wstęp teoretyczny:

Czas trwania kropli rtęci t₁ jest okresem między oderwaniem się dwóch kolejnych kropli rtęci określanym w sekundach. Charakteryzuje on częstość odrywania się kropli rtęci u wylotu kapilary. Pomiar czasu trwania kropli rtęci można wykonać za pomocą przyrządu pokazanego na schemacie rysunek 1: 1. elektrolit podstawowy; 2. elektroda odniesienia np. warstwa rtęci, lub inna elektroda porównawcza; 3. opornica suwakowa; 4. źródło napięcia; 5. kroplowa elektroda rtęciowa (KER);

Szybkość powstawania kropel elektrody rtęciowej nie jest stała i zależy:

• od wysokości słupa rtęci h, średnicy i długości kapilary;

• od ośrodka, w którym jest zanurzona kapilara - jeżeli wylot kapilary zanurzony jest w cieczy, to liczba kropli w jednostce czasu jest większa niż w powietrzu ze względu za mniejsze napięcie powierzchniowe na granicy faz rtęć- ciecz;

• od napięcia powierzchniowego rtęci, które z kolei zależy:

• od doprowadzonego do elektrod napięcia;

Wydajność kapilary nie zależy od potencjału elektrody. Wielkość kropli i czas jej trwania zmienia się ze zmianą potencjału elektrody, ponieważ napięcie powierzchniowe rtęci zmienia się charakterystycznie ze wzrostem przyłożonego napięcia przechodząc przez maksimum wartości. Zależność czasu trwania kropli od potencjału elektrody jest związana ze zmianami napięcia powierzchniowego. Zmiany napięcia powierzchniowego w zależności od doprowadzonego potencjału są spowodowane przez powstawanie podwójnej warstwie elektrycznej granicy faz metal - roztwór. Budowę podwójnej warstwy można przedstawić rysunkiem 2.

Do chwili osiągnięcia maksymalnej wartości rtęć jest naładowana dodatnio, a po osiągnięciu maksimum ujemnie. W maksimum krzywej osiąga punkt izoelektryczny, nie istnieje podwójna warstwa elektryczna. Odbudowa warstwy elektrycznej przyczynia się do spadku napięcia powierzchniowego. Potencjał przy którym rtęć nie jest naładowana nosi nazwę potencjału zerowego ładunku rtęci lub potencjału maksimum elektrokapilarnego. Gdy znika podwójna warstwa elektryczna, tworzą się wtedy największe krople rtęci (t₁ osiąga maksimum). Ponieważ czas trwania kropli jest wprost proporcjonalny do napięcia powierzchniowego, krzywa napięcia powierzchniowego po dobraniu odpowiedniej skali jest jednocześnie krzywą zależności czasu trwania kropli w badanym roztworze w zależności od doprowadzonego potencjału.

2. Opracowanie wyników:

Dla poszczególnych elektrolitów dokonałem pomiaru czasu trwania 10 kropli rtęci w zakresie napięcia od 0,0 V do -2,0 V co 0,2V. Na podstawie otrzymanych wyników obliczam czas trwania kropli rtęci dla:

Potencjał [V]	0.1 M KCl [sek]	0.1 M NaI [sek]	0.1 M KI [sek]
0	1,21	1,01	1,08
-0,2	1,26	1,04	1,18
-0,4	1,31	1,14	1,29
-0,6	1,33	1,25	1,3
-0,8	1,3	1,3	1,31
-1,0	1,29	1,28	1,28
-1,2	1,26	1,25	1,25
-1,4	1,19	1,19	1,18
-1,6	1,12	1,12	1,1
-1,8	1,04	1,03	1,01
-2,0	0,53	0,52	0,52

Z danych zawartych w tabeli wyznaczam wykresy zależności czasu trwania kropli rtęci od przyłożonego potencjału dla różnych elektrolitów:

Aby wyznaczyć potencjał zerowy (E_z) ładunku rtęci dla badanych roztworów elektrolitów wykorzystam równania krzywych z wykresu. Obliczam z równań krzywych pierwsze pochodne i przyrównuję je do zera, obliczając w ten sposób x (maksimum równania krzywej), a zarazem potencjał zerowy ładunku rtęci.

Rodzaj elektrolitu	Równanie krzywej z wykresu	Pierwsza pochodna równania krzywej	Przyrównanie pochodnej do zera i obliczenie x	Potencjał zerowy ładunku rtęci Ez
KCl	y = - 0,396 x^2 - 0,557 x + 1,1647	y' = - 0,792 x - 0,557	x = -0,7033	- 0,70
KI	y = - 0,5035 x^2 - 0,8834 x + 0,9243	y' = - 1,007x - 0,8834	x = -0,8772	- 0,88
Na2SO3	y = - 0,4653 x^2 - 0,7329 x + 1,0549	y' = - 0,9306 x - 0,7329	x = -0,7875	- 0,79

Błędy pomiaru wyznaczam metodą rozkładu kwadratowego. Wyniki pomiarów w porównaniu z danymi literaturowymi:

Roztwór 0,1 M KCl 0,1 M KI 0,1 M Na₂SO₃

Wartość wyznaczona: - 0,70 ± 0,02[V] - 0,88 ± 0,05 [V] - 0,79 ± 0,03[V]

Wartość tablicowa: - 0,72 [V] - 0,85 [V] - 0,81 [V]

3. Wnioski.

Potencjały zerowe ładunku rtęci wyznaczone w ćwiczeniu w porównaniu z danymi tablicowymi różnią się:

• dla KCl - 2,78 %

• dla KI - 3,53 %

• dla Na₂SO₃ - 2,47 %

Wartości powstałych błędów mogły powstać w wyniku niedokładności pomiarów czasu i potencjału oraz podczas wyznaczania E_z z wykresu. Otrzymane wartości są różne dla poszczególnych elektrolitów mimo że charakteryzuje je podobieństwo w występowaniu tych samych kationów (np. K⁺) lub anionów (np. I^-). Wartość potencjału zerowego ładunku rtęci zależy od rodzaju elektrolitu.

4. Wykresy.

1

---