ETALONAREA UNUI AMPERMETRU CU AJUTORUL COULOMETRULUI DE CUPRU

ETALONAREA UNUI AMPERMETRU CU AJUTORUL COULOMETRULUI DE CUPRU

CONSIDERAŢII TEORETICE

La trecerea unui curent electric impus din exterior printr-o celula de electroliza, se constata ca are loc o descompunere continua a electrolitului numita electroliza. Sarcinile electrice sunt transportate în conductori metalici de catre electroni iar în solutie de ioni. Deci, trecerea curentului electric prin interfata devine posibila numai cu desfasurarea concomitenta a unei reactii electrochimice, de oxidare sau de reducere.

Schimbul de sarcini la electrod, car 919b19j e în final duce la o modificare a substantei, trebuie sa se faca pastrând un raport precis între cantitatea de sarcini, respectiv cantitatea de electricitate ce a traversat electrodul si cantitatea de substanta descompusa. Aceasta legatura între cantitatea de electricitate si cantitatea de substanta descompusa la electrod a fost observata si dovedita experimental de catre Faraday, elaborând doua legi care pot fi cuprinse în relatia matematica:

(1)

unde: G - masa de substanta depusa sau dizolvata în timpul reactiei, [kg];

A - masa moleculara sau atomica a particulelor care reactioneaza la

electrod;

t - timpul, [s];

F - constanta lui Faraday, egala cu 96500 C/mol;

z - numarul de electroni care participa la reactia de electrod;

I - intensitatea curentului, [A];

Q - cantitatea de electricitate utilizata, [C].

Din relatia (1) se poate determina cantitatea de substanta care s-a descompus în urma trecerii unei anumite cantitati de electricitate cunoscute, sau invers, din cantitatea de substanta descompusa se poate calcula cantitatea de electricitate consumata.

Aparatele care masoara cantitatea de electricitate trecuta prin circuit, se numesc coulometre.

Coulometrele sunt celule de electroliza care se leaga în serie într-un circuit electric si au principala caracteristica, ca electroliza decurge fara reactii paralele. Dupa modul cum se determina produsul separat la electrod în timpul electrolizei, coulometrele se împart în:

coulometre gravimetrice;

coulometre cu gaz;

coulometre de titrare.

Cele mai cunoscute coulometre gravimetrice sunt cel de cupru si cel de argint. Acestea au o constructie foarte simpla si substanta descompusa la electrozi se determina prin cântarire. Calitatea depozitului obtinut (sa fie aderent si compact) si precizia balantei analitice folosite, determina precizia metodei.

La coulometrele de gaz, substanta descompusa prin electroliza se determina prin masurarea unui volum de gaz (H₂ si O₂ sau H₂ si N₂). Aceste coulometre contin ca electrolit o solutie de H₂SO₄ 10-15 %, NaOH 10-20 % sau sulfat de hidrazina 10 %.

În cazul coulometrelor de titrare, substanta descompusa prin electroliza se determina prin titrare. Precizia determinarilor depinde de precizia titrului solutiei si a volumului de solutie luat în lucru.

PARTEA EXPERIMETALĂ

Aparatura si reactivi

Coulometrul de cupru este format din doua placi groase de cupru legate în paralel (1) care reprezinta anozii si o placa de cupru (2) ca si catod, asezata între cei doi anozi. Electrozii sunt scufundati într-un vas de sticla (3) în care se gaseste electrolitul format din: CuSO₄ 125 kg/m³, H₂SO₄ 50 kg/m³ si C₂H₅OH 50 kg/m³ (fig.20)

La trecerea curentului au loc urmatoarele reactii:

La catod (-) : Cu²⁺ + 2 e^- Cu

La anod (+) : Cu Cu²⁺ + 2 e^-

adica nu au loc reactii secundare (h_Q = 100 %; h_Q este randamentul de curent).

Reactiile secundare sunt eliminate datorita prezentei acidului sulfuric si a alcoolului etilic. Acidularea solutiei de electroliza are ca scop împiedecarea hidrolizei ionului Cu²⁺ si în special a ionului de Cu⁺, cu formarea de CuO sau Cu₂O, care se pot îngloba în depozitul catodic. Alcoolul etilic se adauga pentru a evita formarea la anod a peroxizilor, care ar putea dizolva depozitul de cupru de pe catod..

Modul de lucru

În vederea etalonarii unui ampermetru se pregatesc 3 placute de cupru, care înainte se curata cu hârtie abraziva, se spala cu apa, alcool, se usuca în etuva si dupa racire se cântaresc la balanta analitica. Se închide circuitul electric si se cronometreaza timpul.

Figura 20. Coulometru de cupru

Intensitatea curentului se fixeaza cât mai repede posibil cu ajutorul butonului de reglare la o anumita diviziune de pe ampermetrul pe care dorim sa-l etalonam. Intensitatea curentului se mentine riguros constanta în timpul determinarii. Densitatea de curent catodica trebuie sa fie în limitele de 50-3000 A/m² pentru a se asigura un randament de 100 %.

Dupa întreruperea curentului, catodul se spala imediat cu apa distilata, apoi cu putin alcool, se usuca si dupa racire se recântareste. Cunoscând cantitatea de cupru depusa la catod si timpul de depunerea cu ajutorul legii lui Faraday de poate calcula intensitatea reala, corespunzatoare diviziunilor fixate pe ampermetrul ce urmeaza a fi etalonat.

PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE

Rezultatele experimentale se prezinta sub forma de tabel si se reprezinta grafic intensitatea reala în functie de diviziunile ampermetrului.

Raspundeti la urmatoarele întrebari:

De cine sunt transportate sarcinile electrice într-un conductor metalic?

Cine transporta sarcinile electrice într-o solutie?

Ce exprima legea lui Faraday si care este expresia ei matematica?

Ce sunt coulometrele?

Care este principala caracteristica a coulometrelor?

Cum se clasifica coulometrele dupa modul cum se determina produsul separat la electrod în timpul electrolizei?

Care sunt cele mai cunoscute coulometre gravimetrice ?

Cum se determina substanta descompusa la electrozi la coulometrele gravimetrice?

De ce depinde precizia determinarilor la coulometrele de titrare?