Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego miedzi i stałej Faraday'a.

Dysocjacja:

Ciecze przewodzące prąd elektryczny nazywa się elektrolitami. Są nimi wodne roztwory kwasów, zasad i soli. Ulegają one dysocjacji elektrolitycznej polegającej na rozpadzie drobin na jony: dodatnie zwane kationami oraz ujemne - anionami. Dodatnimi jonami są metale i wodór, a ujemnymi reszta kwasowa lub grupa wodorotlenowa. Czynnikiem warunkującym obecność jonów w elektrolicie jest woda, która powoduje rozpad cząsteczki elektrycznie obojętnej na fragmenty.

Stopień dysocjacji:Dysocjacja nie jest całkowita, toteż wprowadzamy pojęcie stopnia dysocjacji a, będącego stosunkiem liczby drobin zdysocjowanych Nd do ogólnej liczby drobin zawartych w roztworze N

A=Nd/NStopień dysocjacji zależy od wielu czynników (temperatury, stężenia itp.), z których najważniejszą rolę odgrywa względna przenikalność dielektryczna r rozpuszczalnika. Części drobin substancji dysocjujących stanowią jony związane siłami kulombowskimi:

a więc proporcjonalne do odwrotności względnej stałej dielektrycznej rozpuszczalnika. - Im większe r, tym wyższy stopień dysocjacji. - W roztworze następuje również rekombinacja drobin, a stopień dysocjacji jest wynikiem

równowagi dynamicznej między dysocjacją i rekombinacją.

Prąd konwekcyjny i elektroliza- Jony pochodzące ze zdysocjowanych drobin mogą przewodzić prąd elektryczny. - Prąd taki różni się od prądu przewodzonego w metalach, ponieważ nie jest to przepływ elektronów,

lecz przepływ dużych jonów. - Stąd też opór elektrolitu jest duży. - Poza tym elektrolity zachowują się jak przewodniki, tzn. stosują się do prawa Ohma i ich opór

zależy od temperatury w taki sposób jak dla metali. - Całość zjawisk zachodzących przy przepływie prądu elektrycznego przez elektrolity nazywamy

elektrolizą. - Ponieważ w elektrolitach występują prądy konwekcyjne, towarzyszy im transport masy. Jony

pobierają lub oddają swój ładunek elektrodzie, ulegają zobojętnieniu i wydzielają się na elektrodzie lub reagują natychmiast z elektrodą bądź z roztworem.

- Ilość wydzielonej masy jest proporcjonalna do ładunku Q, który przepłynął przez elektrolitm=kQ oraz m=kit

- Współczynnik proporcjonalności k nazywamy równoważnikiem elektrochemicznym. Równanie nazywamy I prawem Faradaya.

Oznaczając masę pojedynczego jonu przez m', jego ładunek przez e', a ilość wydzielonych jonów przez N', otrzymamy:m= N'm' oraz N' =Q/e’ a stąd m=Q m’/e’ więc

k=m’/e’ – równoważnik elektrochemicznyŁadunek jonu e' = We jest równy iloczynowi wartościowości i ładunku elementarnego, a masa m' jonu jest równa stosunkowi masy atomowej do liczby Avogadra NA, czyli m' = M/NA Podstawiając te wielkości do m=Q m’/e’ mamy:

gdzie wielkość M/W = R nazywamy równoważnikiem chemicznym, a iloczyn F = NAe stałą Faradaya. M=R Q/F

Wynika stąd, że ładunek Q = F równy stałej Faradaya wydziela masę równą jednemu równoważnikowi chemicznemu m = R dowolnej substancji. Stwierdzenie to jest treścią II prawa Faradaya. Stała Faradaya F = 96519,3 C a ostateczny wzór:

R = kF.

Zasada pomiaru:

- Elektrolizę badamy w naczyniu zwanym woltametrem zawierającym elektrolit, np. roztwór wodny siarczanu miedzi CuSO4 i miedziane elektrody.

- Elektrody są w kształcie płaskich blach, umieszczamy je w woltametrze w odległości rzędu kilku centymetrów.

- Układ łączymy według schematu. - Przed przystąpieniem do pomiaru czyścimy elektrody papierem

ściernym, obmywamy wodą destylowaną i suszymy. - Elektrodę, która będzie katodą, ważymy na wadze analitycznej (m1 i umieszczamy w woltametrze. - Następnie włączamy prąd i równocześnie sekundomierz. - Elektrolizę przeprowadzamy przez 30 minut. - W tym czasie ciągle obserwujemy wskazania amperomierza i wahania prądu natychmiast

kompensujemy. - Po upływie 30 minut wyłączamy prąd, suszymy elektrodę i ważymy (m2). Obliczamy masę m

wydzieloną oraz równoważnik elektrochemiczny k.- Obliczamy stałą Faradaya. - Równoważnik chemiczny obliczamy z definicji jako stosunek masy atomowej do wartościowości.

Prawa Faradaya BIS:I.Współczynnik proporcjonalności k nazywamy równoważnikiem elektrochemicznym.

m=kQ oraz m=KitII.Ładunek Q = F równy stałej Faradaya wydziela masę równą jednemu równoważnikowi chemicznemu m = R dowolnej substancji.

M=R Q/FStała Faradaya F = 96519,3 C

Z Romcia:I prawo. masa substancji wydzielona na jednej z elektrod jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu I przepływającego przez elektrolit oraz do czasu przepływu t:

m=kIt => k=m/It [kg/As]=[kg/C]Równoważnik elektrochemiczny jest to liczba wyrażająca masę wydzielonej substancji podczas przepływu prądu o natężeniu l A w czasie l sek.

II prawo. Masy substancji wydzielonych na katodach dwóch lub więcej woltametrów przy przepływie prądu o tym samym natężeniu i w tym samym czasie są wprost proporcjonalne do ich równoważników chemicznych.

Równoważnikiem chemicznym R określa się iloraz ciężaru atomowego i wartościowości R=M/W, M – masa atomowa, W - wartościowość

Iloraz F=R/k

nazywa się stałą Faradaya i oznacza taką ilość ładunku, która w czasie elektrolizy wydzieli na elektrodzie masę równą równoważnikowi chemicznemu.

Pomiar współczynnika samoindukcji zwojnicy w obwodzie prądu zmiennego

Prąd zmienny.Generalnie to prąd, w którym zmienia się napięcie i natężenie.

Prąd zmienny wytwarzany jest w prądnicy, w której oba końce ramki wirującej w polu magnetycznym

połączone są z metalowymi pierścieniami osadzonymi na osi twornika i odizolowanymi od

niej. Prąd zbierają dwie szczotki, do których przyłączony jest obwód zewnętrzny. W ramce prąd zmienia

kierunek co pół obrotu i tak samo zmienia się prąd w obwodzie zewnętrznym. Jeżeli obwód zewnętrzny zostanie odłączony, wówczas prąd przestaje płynąć, panujące między szczotkami napięcie zmienne jest równe sile elektromotorycznej E prądnicy

Wykresem siły elektromotorycznej prądu zmiennego otrzymanego z prądnicy obracanej ruchem jednostajnym jest sinusoidaPrąd zmienny wytwarzany przez elektrownie ma zazwyczaj częstość v=1/T=50Hz.

Zasada pomiaru:Gdy w obwodzie elektrycznym płynie prąd zmienny, wówczas powstaje siła elektromotoryczna indukcji:

gdzie I - zmiana natężenia prądu, t - czas, w którym nastąpiła zmiana natężenia prądu, L - samoindukcja cewki mierzona w henrach.

Moc prądu zmiennego:MS=USIS

czyli iloczyn napięcia i natężenia skutecznego

Opór rzeczywisty:Zwykły opór omowy wytwarzany przez opornicę umieszczoną w układzie…chyba…oby…

R=U/I

Opór pozorny indukcyjny:Jeśli w obwód prądu zmiennego włączyć cewkę indukcyjną o indukcyjności L, wówczas oprócz oporu omowego uzwojeń cewki istnieć będzie w obwodzie dodatkowy opór związany z wytwarzaniem się w cewce prądów indukcyjnych, które zgodnie z regułą Lenza przeciwne są do prądów wzbudzających. Doświadczenie pokazuje, że nożna zapisać wzorem:

RL=L- częstość kołowa prądu L – indukcyjność cewki

ZAWADA CEWKI

Opór pozorny pojemnościowy:Podłączenie do źródła prądu zmiennego kondensatora o pojemności C powoduje pojawienie się urojonego oporu pojemnościowego związanego z istnieniem siły przeciw-elektromotorycznej naładowanego kondensatora. Teoria i doświadczenie pokazują że opór ten wy rażą się wzorem:

RC=1/C- częstość kołowa prądu C – pojemność kondensatora

a faza prądu wyprzedza napięcie o 90°. Ponieważ opór omowy jest do zaniedbania więc zawadę kondensatora wyraża wzór:

Współczynnik samoindukcji:Ażeby wyznaczyć L, należy mierzyć:

1. napięcie i natężenie w obwodzie o stałej sile elektromotorycznejwedług schematu i z prawa Ohma wyliczyć R.

2. napięcie i natężenie skuteczne przy użyciu prądu zmiennego (f = 50 Hz) i z prawa Ohma wyliczyć Z

Mając te dane, obliczamy współczynnik samoindukcji L:

Wykonanie ćwiczenia:1. Zwojnicę, dla której chcemy obliczyć opór omowy, należy włączyć w obwód po lewej.2. Włączyć prąd i odczytać napięcie U oraz natężenie I dla kilku położeń suwaka opornicy suwakowej.3. Obliczyć opór omowy ze wzoru: R=U/I.4. Tę samą zwojnicę włączyć w obwód według schematu po prawej.5. Odczytać wartości skuteczne napięcia Us oraz natężenia Is, dla kilku położeń suwaka opornicy. 6. Obliczyć zawadę Z ze wzoru Z=Us/Is

7. Obliczyć średnie wartości R i zawady Z.8. Obliczyć współczynnik samoindukcji ze wzoru wyżej.

Indukcja własna ?Indukcja wzajemna ?