UE3020700 ElEttrolisi FUNZIONI SCOPO RIASSUNTO

ELE T TROLOGIA /
T R ASPORTO DELL A CARICA E CORREN T E
UE3020700
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Elettrolisi
B A SI GE NE R A L I
A N A L ISI
Viene chiamata elettrolisi la separazione di un legame chimico per
effetto della corrente elettrica. Il processo di conduzione elettrica è collegato a una separazione di materiali in cui la carica trasportata Q e la
quantità di materiale separata n sono proporzionali l’una all’altra. La
costante di proporzionalità viene definita costante di Faraday ed è una
costante naturale universale.
Per la valenza degli ioni di idrogeno vale zH = 1. Dalle equazioni (1), (2)
e (3) si ottiene quindi l’equazione condizionale
Più precisamente, nella proporzionalità tra la carica Q e il numero di moli n
della quantità di materiale separato deve essere considerata anche la valenza z degli ioni separati. Vale
(1)
F=
W
R ⋅T
W
R ⋅T
=
⋅
⋅
U 0 2 ⋅ p ⋅ VH2 ⋅ nH U 0 2 ⋅ p ⋅ VH2
A titolo di confronto, può essere determinato anche il volume VO2
dell’ossigeno raccolto. Esso sarà pari solo alla metà del volume di idrogeno, in quanto per ogni molecola di acqua scissa si separano due ioni
di idrogeno e uno di ossigeno. Pertanto la valenza degli ioni di ossigeno
sarà zO = 2.
Q =F ⋅n⋅ z
È quindi possibile determinare la costante di Faraday misurando, a valenza
nota, la carica Q e il numero di mole n di un processo elettrolitico.
Nell’esperimento, dall’acqua viene prodotta per elettrolisi una determinata
quantità di idrogeno e di ossigeno. Per determinare la carica Q trasportata
nel processo viene misurato il lavoro elettrico
W = Q ⋅ U0
(2)
che viene impiegato per l’elettrolisi in presenza di una tensione costante U0.
Il numero di moli nH degli ioni di idrogeno separati viene determinato in
base al volume di idrogeno VH2 raccolto a temperatura ambiente T e pressione esterna p. A tale scopo occorre tuttavia tenere presente che l’idrogeno
viene raccolto in forma molecolare e che per ogni molecola di idrogeno raccolta sono stati separati due ioni di idrogeno. Dall’equazione di stato del
gas ideale deriva pertanto:
S C OP O
F UN Z IONI
(3)
nH = 2 ⋅
Determinazione della costante di Faraday
• P
roduzione di idrogeno per elettrolisi e misurazione del volume di
idrogeno V.
• M
isurazione del lavoro elettrico W
necessario con tensione fissa U0.
R = 8 ,314
p ⋅ VH2
R ⋅T
J
: Costante dei gas universale
mol⋅ K
Fig. 1: Rappresentazione schematica
RI A S S UN T O
Per determinare la costante di Faraday, dall’acqua viene prodotta per elettrolisi una determinata
quantità di idrogeno e ossigeno e viene misurata la carica trasportata nel processo.
• Calcolo della costante di Faraday F.
apparecc hi necessari
Numero Apparecchio
1
Voltametro di Hofmann
1002899
1
Misuratore di energia e di potenza con interfaccia (230 V, 50/60 Hz)
1003132 o
Misuratore di energia e di potenza con interfaccia (115 V, 50/60 Hz)
1003131
Alimentatore CC 0 – 20 V, 0 – 5 A (230 V, 50/60 Hz)
1003312 o
Alimentatore CC 0 – 20 V, 0 – 5 A (115 V, 50/60 Hz)
1003311
Set di 15 cavi per esperimenti, 75 cm, 1 mm²
1002840
1
1
Cat. no
1
Ulteriormente necessario:
Acido solforico, 1 mol/l
3B Scientific® Experiments
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