Budownictwo Rok I		01/04/2009r.
Ćwiczenie nr 14	Wyznaczanie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faraday'a

Przebieg ćwiczenia:

Elektrolizę wykonano w naczyniu szklanym, zawierającym elektrolit, którym w

naszym przypadku był roztwór wodny siarczanu miedzi. Elektrody wykonane są z blachy

miedzianej. W tym układzie po zamknięciu obwodu na katodzie nastąpi wydzielenie miedzi, natomiast na anodzie jony reszty kwasowej
oddają ładunek i reagując z miedzią elektrody tworzą drobiny
.

Katoda została oczyszczona papierem ściernym, opłukana pod bieżącą wodą i wysuszona. Następnie została zważona - wyznaczono masę
. Układ został podłączony na 30 minut, podczas których co 3 minuty odczytywano i wpisywano do tabeli wartość natężenia prądu podczas elektrolizy. Po upływie tego czasu katoda została delikatnie opłukana i wysuszona. Wyznaczono masę
.

Obliczenia:

Pierwsze prawo elektrolizy Faraday'a stwierdza, że ilość masy m wydzielona na elektrodzie jest równa iloczynowi natężenia prądu I, czasu trwania elektrolizy t oraz równoważnika elektrochemicznego k :

Korzystając z tego prawa możemy obliczyć wartość równoważnika elektrochemicznego k w omawianym ćwiczeniu, będzie on równy :

po podstawieniu wartości z wykonanego ćwiczenia otrzymujemy równoważnik elektrochemiczny k :

k = 0,34g / (0,691A * 1800s) = 2,73*10^-4 g/(A*s)

Stałą Faraday'a można obliczyć korzystając z drugiego prawa Faraday'a, które ma postać :

gdzie m1, m2 to wydzielone masy, R1, R2 - równoważniki chemiczne.

Z pierwszego prawa wynika, że
, czyli po przekształceniu prawo drugie przyjmuje postać :

pod warunkiem, że ładunek przeniesiony w trakcie obu tych elektroliz jest jednakowy. Można więc zapisać, że :

gdzie a jest współczynnikiem proporcjonalności zapisywanym również

w postaci a = 1/F. Ostatecznie powyższe równanie można zapisać w postaci :

natomiast pierwsze prawo Faraday'a :

skąd możemy obliczyć stałą Faraday'a :

która po podstawieniu danych otrzymanych w ćwiczeniu wynosi :

F = 31,8 * 0,691A * 1800s / 0,34g = 11,6*10⁴ C/mol

Wyznaczenie niepewności:

1. Niepewność natężenia prądu:

u(I) = 1,24*10^-4 A = 0,000124 A

2. Niepewność czasu:

∆_dt = 0,2 [s]

∆_1et = 22 [s]

∆_1et = 1 [s]

u(t)=
=
= 13,3[s]

3. Niepewność masy:

4. Niepewność współczynnika elektrochemicznego:

u_c(k)=

Pochodne cząstkowe wynoszą:

,
,

więc,

u_c(k) = 0,80*10^-4 g/(A*s)

5. Niepewność stałej Faraday'a:

u_c(F) = 3,43*10⁴ C/mol

Wyniki:

Równoważnik elektrochemiczny:

k = 2,73*10^-4 ± 0,80*10^-4 g/(A*s)

Stała Faraday'a :

F = 11,6*10⁴ ± 3,43*10⁴ C/mol

Wnioski:

Niedokładność między uzyskanymi wynikami doświadczenia a wartościami ogólnie przyjętymi (tablicami) wynikają z niedokładności urządzeń pomiarowych, błędów przy odczytywaniu pomiarów oraz innych czynników, które mogły na nie wpłynąć. Teoria błędów wykazała, iż wyniki mieszczą się w „normie”, nie przekraczają granicy błędu.

Elektroliza polega na rozkładzie związków chemicznych (roztworu). Dzięki temu, że aniony podążają ku elektrodzie dodatniej, a kationy ku ujemnej, można je od siebie oddzielić. Dzięki równaniom z dwóch praw elektrolizy pana Faraday'a można określić, ile produktów otrzymamy przy określonym natężeniu, czasie oraz współczynniku elektrochemicznym (bądź jakie natężenie, czas potrzebne są do otrzymania pożądanej ilości substancji, itd.). Elektrolizę wykorzystuje się w procesie galwanizacji (galwanizacja polega na elektrolizie). Zastanawiałem się czy na elektrolizę ma wpływ temperatura (jak to ma miejsce w reakcjach chemicznych), ale skoro nie pojawia się w żadnym ze wzorów zmienna dotycząca temperatury to wnioskuję iż nie ma ona żadnego wpływu na przebieg elektrolizy.

---