Chimie-Fizica

Personalul Servicilor Consulare1. CONSIDERAŢII TEORETICE

La trecerea unui curent electric impus din exterior printr-o celulă de electroliză, se constată că are loc o descompunere continuă a electrolitului numită electroliză. Sarcinile electrice sunt transportate în conductori metalici de către electroni iar în soluţie de ioni. Deci, trecerea curentului electric prin interfaţă devine posibilă numai cu desfăşurarea concomitentă a unei reacţii electrochimice, de oxidare sau de reducere.

Schimbul de sarcini la electrod, care în final duce la o modificare a substanţei, trebuie să se facă păstrând un raport precis între cantitatea de sarcini, respectiv cantitatea de electricitate ce a traversat electrodul şi cantitatea de substanţă descompusă. Această legătură între cantitatea de electricitate şi cantitatea de substanţă descompusă la electrod a fost observată şi dovedită experimental de către Faraday, elaborând două legi care pot fi cuprinse în relaţia matematică:

(1)

unde: G - masa de substanţă depusă sau dizolvată în timpul reacţiei, [kg];

A - masa moleculară sau atomică a particulelor care reacţionează la

electrod;

t - timpul, [s];

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

z - numărul de electroni care participă la reacţia de electrod;

I - intensitatea curentului, [A];

Q - cantitatea de electricitate utilizată, [C].

Din relaţia (1) se poate determina cantitatea de substanţă care s-a descompus în urma trecerii unei anumite cantităţi de electricitate cunoscute, sau invers, din cantitatea de substanţă descompusă se poate calcula cantitatea de electricitate consumată.

Aparatele care măsoară cantitatea de electricitate trecută prin circuit, se numesc coulometre.

Coulometrele sunt celule de electroliză care se leagă în serie într-un circuit electric şi au principala caracteristică, că electroliza decurge fără reacţii paralele. După modul cum se determină 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 şi cel de argint. Acestea au o construcţie foarte simplă şi substanţa descompusă la electrozi se determină prin cântărire. Calitatea depozitului obţinut (să fie aderent şi compact) şi precizia balanţei analitice folosite, determină precizia metodei.

La coulometrele de gaz, substanţa descompusă prin electroliză se determină prin măsurarea unui volum de gaz (H2 şi O2 sau H2 şi N2). Aceste coulometre conţin ca electrolit o soluţie de H2SO4 10-15 %, NaOH 10-20 % sau sulfat de hidrazină 10 %.

În cazul coulometrelor de titrare, substanţa descompusă prin electroliză se determină prin titrare. Precizia determinărilor depinde de precizia titrului soluţiei şi a volumului de soluţie luat în lucru.

2. PARTEA EXPERIMETALĂ

2.1. Aparatură şi reactivi

Coulometrul de cupru este format din două plăci groase de cupru legate în paralel (1) care reprezintă anozii şi o placă de cupru (2) ca şi catod, aşezată între cei doi anozi. Electrozii sunt scufundaţi într-un vas de sticlă (3) în care se găseşte electrolitul format din: CuSO4 125 kg/m3, H2SO4 50 kg/m3 şi C2H5OH 50 kg/m3 (fig.20)

La trecerea curentului au loc următoarele reacţii:

La catod (-) : Cu2+ + 2 e-  Cu

La anod (+) : Cu  Cu2+ + 2 e-

adică nu au loc reacţii secundare (Q = 100 %; Q este randamentul de curent).

Reacţiile secundare sunt eliminate datorită prezenţei acidului sulfuric şi a alcoolului etilic. Acidularea soluţiei de electroliză are ca scop împiedecarea hidrolizei ionului Cu2+ şi în special a ionului de Cu+, cu formarea de CuO sau Cu2O, care se pot îngloba în depozitul catodic. Alcoolul etilic se adaugă pentru a evita formarea la anod a peroxizilor, care ar putea dizolva depozitul de cupru de pe catod..