Przedmiot : Fizyka	Ćwiczenie 23 : Sprawdzanie praw elektrolizy Faradaya
Marcin Mis	Wykonanie : 17.05.2009

I. Zagadnienia do samodzielnego opracowania:

1. Przepływ prądu przez elektrolity.

2. Pierwsze i drugie prawo Faradaya.

Podstawy teoretyczne.

Atomy niektórych pierwiastków mają takie właściwości, że przy zbliżaniu się do atomów innego pierwiastka mogą mu oddać jeden lub kilka elektronów. Wskutek tego z obojętnych elektrycznie atomów powstają jony, przy czym jedne z nich, a mianowicie te, które oddały elektron lub elektrony i pozostały z nadmiarem ładunku dodatniego są naładowane elektrycznie dodatnio, a te które je przejęły, są naładowane ujemnie. Równocześnie między jonami wystąpi przyciąganie elektryczne, wiążące je w cząsteczkę związku.

W roztworach wodnych dysocjacji elektrolityczne ulegają: kwasy, zasady i sole, przy czym tworzące się jony wodoru i metali są dodatnie (kationy), jony zaś grupy wodorotlenowej OH lub reszty kwasowej (np. Cl^-, NO₃^-) - ujemne (aniony).

Stosunek liczby cząstek ulegających dysocjacji, do całkowitej liczby cząstek zawartych w roztworze nazywamy stopniem dysocjacji elektrolitu, przy czym jego wartość wzrasta ze stopniem temperatury i maleje ze wzrostem stężenia roztworu. Zjawisko dysocjacji występuje również po stopieniu związku jonowego.

Schemat układu badawczego

Po wprowadzeniu do elektrolitu CuSO₄ płyt metalowych (elektrod) i podłączeniu ich ze źródłem napięcia rozpoczyna się, pod wpływem wytworzonego pola elektrycznego, uporządkowany ruch jonów. Jony ujemne (SO₄^{- -}) poruszają się z niewielką prędkością w kierunku dodatnio naładowanej elektrody, zwanej anodą A, dodatnie zaś (Cu^{- -}) w kierunku ujemnie naładowanej elektrody, zwanej katodą K. Ponieważ jony są - podobnie jak elektrony w metalach - nośnikami ładunków elementarnych, zatem ich uporządkowany ruch jest równoznaczny z przepływem prądu elektrycznego.

II. Wykonanie ćwiczenia.

Przyrządy: analityczna waga laboratoryjna, elektrody miedziowe z zamocowaniem, amperomierz, zasilacz, sekundomierz.

1. Połączyłem obwód według schematu:

2. Sprawdziłem poprawność obwodu elektrycznego zamykając obwód na krótki czas. Równocześnie regulowałem natężenie prądu w obwodzie, tak by nie przekraczał 0,5A/dm². Natężenie prądu wyznaczyłem w oparciu o powierzchnię elektrody.

3. Wyjąłem katodę, oczyściłem starannie papierem ściernym, wypłukałem wodą. Wyznaczyłem masę m₁ katody korzystając z analitycznej wagi laboratoryjnej.

4. Umieściłem ponownie katodę w elektrolicie, włączyłem prąd uruchamiając jednocześnie zegar. Utrzymałem stałą wartość natężenia prądu przez czas t = 30 minut.

5. Po upływie tego czasu przerwałem przepływ prądu. Opłukałem katodę wodą, osuszyłem i wyznaczyłem masę m₂ katody. Masę wydzielonej miedzi obliczyłem ze wzoru m = m₂ - m₁. Przekształcając wzór m = k I t obliczyłem równoważnik elektrochemiczny miedzi.
   

6. Z układu okresowego pierwiastków odczytałem masę atomową miedzi m_Cu, wartościowość miedzi w = 2 i ze wzoru wyrażającego II prawo Faradaya obliczyłem stałą Faradaya:
   

Wyniki umieściłem w tabelce

I	m1	t	m2	m.	k	k±Δk	F	F±ΔF
[ mA ]	[ kg ]	[ s ]	[ kg ]	[ kg ]			[ C ]	[ C ]
260	0,074	2400	0,074248	0,000248		±	1,599043785	1,599043785 ±

Δm = Δm₁ = Δm₂ = 0,000001kg

(zakres - 300; klasa - 0,5)

ΔI = ± 1,5 mA

Δt = ± 2s

m_Cu =63,546

Obliczenia:

ΔI=

=1,5990
(C)

%
%=0,87%

%
%

mA

-

+

mA

B

A

CuSO₄

A

K

SO₄

Cu

Cu

SO₄

SO₄

Cu

CuSO₄

CuSO₄

CuSO₄

---