UNIVERSITA’ degli STUDI di ROMA “TOR VERGATA”
Facoltà di Scienze M. F. N. Corso di Laurea Triennale in Chimica
Insegnamento di Chimica Generale e Laboratorio
Esercitazioni pratiche di laboratorio A.A. 2007-08
AVVERTENZE GENERALI: durante lo svolgimento dell’esperienza indossare SEMPRE il
camice da laboratorio, i guanti di lattice e gli occhiali di protezione.
ESPERIENZA N° 5. Determinazione del Numero di Avogadro per via elettrochimica.
Il Numero di Avogadro è una costante fisica fondamentale, e corrisponde al numero di “enti
fisici” (atomi, molecole, elettroni, etc.) presenti in 1 mole (grammo/atomo; grammo/molecola) di
campione. Questo esperimento consiste nella determinazione del Numero di Avogadro tramite
elettrolisi in ambiente basico di un campione di rame metallico. Dalla massa di metallo ossidato,
conoscendo la corrente erogata si può dare una stima del NA (6.022 x 1023).
Principio dell’Esperienza. L’elettrolisi di una soluzione concentrata di NaCl (elettrolita di
supporto) resa alcalina per aggiunta di NaOH, con due elettrodi di rame, avviene per ossidazione
anodica del rame con formazione di ioni rameosi, e riduzione catodica dell’acqua con sviluppo di
idrogeno (ATTENZIONE! GAS ESTREMAMENTE INFIAMMABILE!!). Il processo
elettrochimico complessivo, in cui vengono scambiati 2e-, è il seguente:
2Cu + 2H2O
2Cu+ + H2 + 2OH-
Lo ione rameoso precipita immediatamente sotto forma di idrossido giallo, che viene
successivamente convertito in ossido rameoso rosso-mattone secondo la reazione:
2CuOH (s)
Cu2O (s) + H2O
La quantità di corrente necessaria ad ossidare una mole di atomi di Cu a ioni rameosi può essere
misurata con un amperometro. Dalla carica dello ione, conoscendo il numero delle moli ossidate e
la corrente impiegata, si darà una stima accurata del “Numero di Avogadro”.
MATERIALI
- due lamine di rame metallico (elettrodi), ca. 5 cm
- becker 100 cm3
- piastra riscaldante con agitatore magnetico
- cronometro (orologio) e termometro
- carta abrasiva
- soluzione di cloruro e idrossido di sodio
- acqua distillata
PROCEDIMENTO (Attenzione: annotare il risultato di ogni operazione di misura sul quaderno di
laboratorio).
Si puliscono accuratamente gli elettrodi dallo strato di ossidi con la carta abrasiva e
successivamente con carta da laboratorio (carta da filtro), prestando attenzione a non lasciare
residui sulle superfici metalliche, e si pesa, con la bilancia analitica, l’elettrodo che costituirà
l’anodo.
Si pongono in un becher da 100 cm3 ca. 80 ml di una soluzione composta da NaCl 1.7 M e
NaOH 0.025 M. In questa soluzione si immergono gli elettrodi di rame, collegati al circuito come
da schema riportato e da esempio dimostrativo. Si scalda la soluzione, sotto lenta agitazione,
mantiendola alla temperatura costante di 80 °C, controllando con un termometro.
Si chiude successivamente il circuito (inserire gli spinotti nelle relative boccole, come
schematizzato nello Schema 1, in calce al testo) e si regola rapidamente l’intensità di corrente ad un
valore esatto e costante, compreso tra 100 e 200 mA, utilizzando l’apposito reostato.
Alla chiusura del circuito si misura il tempo di elettrolisi, controllando periodicamente la
temperatura ed il valore di intensità di corrente che devono rimanere costanti per tutta la durata
dell’esperimento. Si nota la formazione di un precipitato rosso-bruno di Cu2O all’anodo. Al catodo
si nota effervescenza, per sviluppo di idrogeno gassoso.
Si interrompe l’elettrolisi (apertura del circuito) dopo 10 minuti esatti (o altro valore annotato
esattamente), si preleva l’anodo di rame e dopo averlo lavato ed asciugato accuratamente
(ATTENZIONE A NON ASPORTARE PARTICELLE DI METALLO!) si pesa nuovamente e si
annota la differenza di peso.
CALCOLI
Dal valore (medio) della corrente (i, A) e dal tempo di elettrolisi (secondi) si ricava il valore della
carica totale:
Q=ixt
Dalla massa di Cu reagita (PA = 63.57 uma) si ricavano le moli, e quindi i Coulomb (C) necessari
per l’ossidazione del metallo. Sapendo che la carica di un elettrone è 1.6 x 10-19 C, si ricava la
carica corrispondente alle moli di Cu ossidate.
Calcolando tale valore sperimentale relativamente ad 1 mole, sapendo che Q(1 mol) = NA x 1.6 x
10-19 C, si ricava il valore sperimentale del Numero di Avogadro.
Esempio (da una relazione di AA precedente): con una corrente di 200 mA (0.200 A), per un tempo
di elettrolisi di t = 10 minuti (600 s) si registra una perdita di peso (Δg) dell’anodo di 78.5 mg di
Cu; si ha un corrispondente valore di moli ossidate a Cu+: n(Cu) = 0.0785 g/63.55 uma = 1.23 x 10-3
moli. La carica complessiva per il processo di ossidazione sarà: Q = i x t = 0.200 x 600 = 120
Coulomb.
Il numero di Coulomb sperimentali (Qexp), per l’ossidazione di una mole di Cu a ioni rameosi sarà
quindi: Qexp = 120/1.23 x 10-3 = 97561 C mol-1 (il valore teorico sarebbe di 96500 C/mole).
Tale valore corrisponderà al numero di ioni/mole (NA) per la carica di un singolo ione (1.6x10-19C)
Ovvero: Qexp = NA x 1.6 x 10-19; da cui:
NA = Qexp/1.6x10-19 = 97561/1.6 x 10-19 = 6.10 x 1023 ioni/mol
In ottimo accordo con il valore teorico di 6.02 x 1023!!
Schema 1
A
R
V
Anodo
Catodo
A) Amperometro
V) Generatore cc
R) Reostato
Catodo
Anodo
(1)
(2)
(3)
(4)
220 Volt
(1) Recipiente di elettrolisi; (2) Amperometro (100 ÷ 200 mA)
(3) Alimentatore/trasformatore (220 ÷ 4.5 Volt)
(4) Regolatore di tensione (Reostato)
