Pobierz Dysocjacja elektrolityczna i więcej Prezentacje w PDF z Chemia tylko na Docsity!
WYZNACZANIE RÓWNOWAŻNIKA
ELEKTROCHEMICZNEGO MIEDZI I STAŁEJ FARADAYA
E
Wstęp
Dysocjacja elektrolityczna
W wyniku reakcji z rozpuszczalnikiem drobiny kwasów, zasad i soli rozpadają się na jony. Proces ten nosi nazwę dysocjacji elektrolitycznej. Elektrolity, czyli roztwory substancji ulegających dysocjacji, dzielimy na zdysocjowane całkowicie (tzw. Elektrolity mocne) i częściowo zdysocjowane na jony (elektrolity słabe). Miarą dysocjacji elektrolitycznej, czyli miarą mocy elektrolitu jest stopień dysocjacji substancji rozpuszczonej α:
N
n α =
gdzie: n jest liczbą cząsteczek zdysocjowanych na jony, a N - całkowitą liczbą cząsteczek wprowadzonych do roztworu.
Wartość stopnia dysocjacji zaleŜy od wielu czynników: temperatury, stęŜenia roztworu, rodzaju ciała rozpuszczonego, a przede wszystkim od natury rozpuszczalnika. Wysoki stopień dysocjacji występuje zwykle w takich rozpuszczalnikach, które odznaczają się duŜą wartością stałej dielektrycznej.
W roku 1912 Bragg oznaczył strukturę krystaliczną NaCl i stwierdził, Ŝe w węzłach sieci krystalicznej znajdują się jony Na+^ i Cl-, a nie drobiny NaCl. W przypadku takich związków jak NaCl, których struktura jest juŜ jonowa w stanie bezwodnym, woda nie powododuje rozpadu na jony, jej wpływ ogranicza się jedynie do oddalenia jonów od siebie. Sole jonowe są przewodnikami nie tylko w roztworze ale i w bezwodnym stanie stopionym.
Wpływ wody na dysocjację jest istotny w przypadku drobin HCl, które w fazie gazowej niewątpliwie istnieją w postaci cząsteczek. Drobiny tego typu nie mają w stanie gazowym struktury jonowej, a są tylko układami silnie polarnymi. Gdy tak silnie polarne drobiny znajdują się w wodzie, stają się jonami Cl-^ i H+^ (raczej H 3 O+) na skutek solwatacyjnego i stabilizującego działania wody. Spowodowane jest to trwałym momentem dipolowym i duŜą przenikalnością dielektryczną wody.
Solwatacja (w przypadku wody – hydratacja), czyli otaczanie jonów dipolami rozpuszczalnika zachodzi na skutek oddziaływań jon-dipol, które w polu elektrycznym jonu orientują dipol i powodują jego przyciąganie przez jon.
Dysocjację cząsteczki zapisujemy w postaci równania analogicznego do równania reakcji chemicznej. Przykłady dysocjacji elektrolitycznej:
NaCl→Na+^ + Cl-
H 2 SO 4 →2H+^ + SO 4 --
CuSO 4 →Cu++^ + SO 4 --
Definicje i prawa elektrolizy
Elektroliza jest to zmiana składu chemicznego roztworu (lub stopu), podczas przepływu stałego prądu elektrycznego, spowodowana przyłączeniem lub utratą elektronów przez jony substancji rozpuszczonej (lub stopionej).
W czasie elektrolizy w wyniku przyłączenia elektronów do jonów powstają na katodzie produkty redukcji, a na anodzie, w wyniku straty elektronów – produkty utleniania.
Jakościowe zmiany składu roztworu zaleŜą od charakteru procesów elektrodowych, zachodzących na katodzie i anodzie. Jeśli jony wydzielane na elektrodach nie mogą istnieć w stanie wolnym, to wchodzą one w reakcje chemiczne albo z materiałem elektrody albo z cząsteczkami elektrolitu. Taki proces zachodzi podczas osiadania jonów reszty kwasowej SO 4 —na anodzie miedzianej zanurzonej w roztworze CuSO 4. Zachodzi tu następująca reakcja:
Cu + SO 4 → CuSO 4
Powstająca cząsteczka siarczanu miedzi ulega znowu dysocjacji itd. W ten sposób CuSO 4 regeneruje się, wskutek czego stęŜenie roztworu mimo osiadania jonów na elektrodach nie ulega zmianie. W wyniku końcowym procesu atomy miedzi z anody przenoszone są na katodę i tu właśnie wydziela się miedź.
Zmiany ilościowe w elektrolizie opisują prawa Faradaya.
I prawo : Masa substancji m , która uległa przemianie na elektrodzie podczas przepływu prądu przez elektrolit jest wprost proporcjonalna do ładunku elektrycznego Q jaki przepłynął w tym czasie:
m = k * I * t = k * Q , gdzie: I – natęŜenie prądu, k – współczynnik proporcjonalności, t – czas przepływu prądu.
Współczynnik k jest zaleŜny od rodzaju wydzielającej się substancji, natomiast niezaleŜny od stęŜenia roztworu, od kształtu i wzajemnej odległości elektrod oraz od temperatury roztworu. Nosi on nazwę równowaŜnika elektrochemicznego substancji. Liczbowo jest równy masie substancji wydzielonej przez prąd o natęŜeniu 1 A w czasie 1 s. RównowaŜnik elektrochemiczny moŜna równieŜ interpretować na gruncie rozwaŜań molekularnych. Wzrost masy elektrody, związany z wydzieleniem się na niej n jonów wynosi:
N A
M
m = n
gdzie: NA –liczba Avogadra, M – masa jonu.
- MoŜliwie szybko dobrać warunki prądowo-napięciowe tak, by gęstość prądu wynosiła około 1,5 A/dm^2.
- Elektrolizę przeprowadzać przez 30 min., co 3 min. zapisywać natęŜenie prądu.
- Po zakończeniu elektrolizy osuszyć katodę i wyznaczyć jej masę m’.
Opracowanie wyników
- Obliczyć stałe k oraz F.
- Rachunek błędu stałych k i F przeprowadzić metodą róŜniczki zupełnej.
Literatura:
[1] H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN, Warszawa 1989 [2] Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, część III, PWN, Warszawa 1964 [3] T. Dryński, Ć wiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN 1975
