ALTE DOCUMENTE
|
||||||||||
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 īn conductori metalici de catre electroni iar īn 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 īn final duce la o modificare a
substantei, trebuie sa se faca pastrānd un raport precis
īntre cantitatea de sarcini, respectiv cantitatea de electricitate ce a
traversat electrodul si cantitatea
de substanta descompusa. Aceasta legatura īntre
cantitatea de electricitate si cantitatea de substanta
descompusa la electrod a fost observata si dovedita
experimental de catre Faraday, elaborānd doua legi care pot fi
cuprinse īn relatia matematica:
(1)
unde: G - masa de substanta depusa sau dizolvata īn 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 īn 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 īn serie īntr-un circuit electric si au principala caracteristica, ca electroliza decurge fara reactii paralele. Dupa modul cum se determina produsul separat la electrod īn timpul electrolizei, coulometrele se īmpart īn:
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 cāntarire. 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 %.
Īn 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 īn lucru.
PARTEA EXPERIMETALĂ
Aparatura si reactivi
Coulometrul de cupru este format din doua placi groase de cupru legate īn paralel (1) care reprezinta anozii si o placa de cupru (2) ca si catod, asezata īntre cei doi anozi. Electrozii sunt scufundati īntr-un vas de sticla (3) īn 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 (hQ = 100 %; hQ este randamentul de curent).
Reactiile secundare sunt eliminate datorita prezentei acidului sulfuric si a alcoolului etilic. Acidularea solutiei de electroliza are ca scop īmpiedecarea hidrolizei ionului Cu2+ si īn special a ionului de Cu+, cu formarea de CuO sau Cu2O, care se pot īngloba īn 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
Īn vederea etalonarii unui ampermetru se pregatesc 3 placute de cupru, care īnainte se curata cu hārtie abraziva, se spala cu apa, alcool, se usuca īn etuva si dupa racire se cāntaresc la balanta analitica. Se īnchide circuitul electric si se cronometreaza timpul.
Figura 20. Coulometru de cupru
Intensitatea curentului se fixeaza cāt 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 īn timpul determinarii. Densitatea de curent catodica trebuie sa fie īn limitele de 50-3000 A/m2 pentru a se asigura un randament de 100 %.
Dupa īntreruperea curentului, catodul se spala imediat cu apa distilata, apoi cu putin alcool, se usuca si dupa racire se recāntareste. Cunoscānd 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 īn functie de diviziunile ampermetrului.
|
Nr. crt. |
Masa electrod īnainte de electroliza, [g] |
Masa electrod dupa electroliza, [g] |
Masa de cupru depusa, [g] |
Timp, [s] |
Nr. diviziu-nilor |
Inten-sitatea [A] |
|
| ||||||
Raspundeti la urmatoarele īntrebari:
De cine sunt transportate sarcinile electrice īntr-un conductor metalic?
Cine transporta sarcinile electrice īntr-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 īn 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?
|
