WFTJ	Imię i Nazwisko: 1. Marek Barciewicz 2. Mariusz Cybula			ROK I	GRUPA 1	ZESPÓŁ 4
Pracownia fizyczna I	TEMAT: Elektroliza							Nr ćwiczenia 35
Data wykonania	Data oddania	Zwrot do poprawy	Data oddania	Data zaliczenia	OCENA

Cel ćwiczenia:

Wyznaczenie równoważnika elektrochemicznego miedzi i wodoru oraz stałej Faradya metodą elektrolizy. Zapoznanie się ze sposobem precyzyjnego pomiaru masy na wadze analitycznej.

Wprowadzenie:

Charakterystyczną grupę przewodników prądu elektrycznego stanowią elektrolity (tzw. Przewodniki II klasy).

Są top przeważnie wodne roztwory kwasów , soli i zasad, czyli substancji krystalicznych o wiązaniu jonowym. W wyniku rozpuszczania wiązania te zostają zerwane, a większość atomów zostaje uwolnionych i przechodzi do roztworu w postaci bezładnie poruszających się jonów.

Rozpad ten nazywamy dysocjacja elektrolityczną, a otrzymany roztwór elektrolitem.

Gdy do roztworu wstawimy elektrody i dołączymy je do zewnętrznego źródła prądu stałego, to ruch jonów zostanie uporządkowany.

Kationy zdążają do ujemnej katody, aniony do anody, czyli przez elektrolit przepływa prąd elektryczny. Na elektrodach jony zostają zobojętnione i stają się zwykłymi atomami lub zgrupowaniami atomów. Przepływowi prądu towarzyszy więc wydzielanie się prądu na elektrodach. Proces ten nazywamy elektrolizą.

Aby naładowany elektrycznie jon mógł zmienić się na elektrodzie na obojętny atom, musi przepłynąć ładunek równy n•e, gdzie e jest ładunkiem elementarnym elektronu, natomiast n wartościowością jonu:

n = 1 dla jonów typu Na⁺ , Cl ^- , H⁺

n = 2 dla jonów typu Cu²⁺ , SO₄^2- , Ca²⁺ itd.

NA drodze eksperymentalnej zostały ustalone dwa prawa elektrolizy Faradaya:

I. Masa m substancji wydzielonej na elektrodzie jest proporcjonalna do natężenia prądu I oraz czasu jego przepływu.

m = k•I•t

Współczynnik k nazywamy elektrochemicznym równoważnikiem substancji i wyraża się wzorem:

gdzie:

N - liczba atomów, A - gramoatom, N_A - liczba Avogadro,

II. Równoważniki elektrochemiczne k pierwiastków są proporcjonalne do ich równoważników chemicznych A/n. Iloczyn eN_A wyraża ładunek potrzebny do wydzielenia jednego gramorównoważnika chemicznego substancji. Oznacza się go zwykle literą F i nazywa stałą Faradaya:

eN_A = F = 96500 C

Dzieląc stałą Faradaya przez liczbę Avogadro otrzymujemy wartość ładunku elementarnego.

Rezultatem elektrolizy roztworu siarczanu miedzi CuSO₄, przy użyciu elektrod miedzianych, jest wydzielenie miedzi na katodzie i ubytek takiej samej masy elektrody dodatniej (anody). Równoważnik elektrochemiczny k wyznacza się przez pomiar masy wydzielonej na katodzie, natężenia prądu i oraz czasu jego przepływu.

Elektroliza wody w woltametrze z odpornymi chemicznie elektrodami platynowymi prowadzie do jej rozkładu na tlen i wodór

2 H₂O - 2 H₂ +O₂

które wydzielają się w postaci pęcherzyków gazu. Ponieważ czysta woda jest słabo zdysocjowana, dodaje się niewielką ilość kwasu siarkowego w celu podniesienia jej przewodności elektrycznej. Mierzy się obiętość wydzielonego gazu. Masę m potrzebną do obliczenia k ,F i e można obliczyć z równania stanu gazu (Clapeyrona).

gdzie R - stała gazowa, μ - masa cząsteczkowa.

Ciśnienie panujące wewnątrz woltametru nad katodą, czyli suma ciśnień wodoru p. I ciśnienia pary nasyconej wody f, jest równoważone sumą zewnętrznego ciśnienia barometrycznego b i ciśnienia hydrostatycznego słupa roztworu o wysokości h.

p + f = b + p gh

p = b + p gh - f

Wyniki pomiarów i obliczenia:

1 Wyniki pomiarów:

Masa elektrody przed doświadczeniem: m₀=0,73739 ±0.00001 [kg]

Masa elektrody po doświadczeniu: m₁=0,74044 ±0.00001 [kg]

Natężenie prądu (wartość średnia): I=0,491 ±0.001 [A]

Czas doświadczenia: t=1800 ±1 [s]

2 Obliczenie elektrochemicznego równoważnika substancji:

=7.287 • 10^-9

Ostatecznie

3 Obliczenie stałej Faradaya:

Ostatecznie:

F= 93108 ± 198,96 [C]

Wartość tablicowa wynosi:

F_t= 96500 [C]

Błąd wartości obliczonej względem tablicowej:

Wnioski:

Wartości obliczonych stałych (mimo pewnych niedokładności spowodowanych błędem pomiaru masy i czasu) wykazały duża zgodność z wartościami tablicowymi.

Ponadto przeprowadzone doświadczenie zapoznało nas z działaniem wagi laboratoryjnej i zagadnieniami precyzyjnego pomiaru masy.

Przeprowadzone doświadczenie potwierdza zgodność z praktyką praw elektrolizy Faradaya.

---