Ć W I C Z E N I E N R E-16

Podobne dokumenty
Ć W I C Z E N I E N R E-10

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 2 Temat: Wyznaczenie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faradaya.

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY. PRACOWNIA MATERIAŁOZNAWSTWA ELEKTROTECHNICZNEGO KWNiAE

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 35: Elektroliza

Temat 7. Równowagi jonowe w roztworach słabych elektrolitów, stała dysocjacji, ph

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

ELEKTROLIZA. Oznaczenie równoważnika elektrochemicznego miedzi oraz stałej Faradaya.

Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania

Akademickie Centrum Czystej Energii. Ogniwo paliwowe

dla której jest spełniony warunek równowagi: [H + ] [X ] / [HX] = K

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

I. Cel ćwiczenia: wyznaczenie elektrochemicznego równoważnika miedzi oraz stałej Faraday a.

Wrocław dn. 22 listopada 2005 roku. Temat lekcji: Elektroliza roztworów wodnych.

Materiały do zajęć dokształcających z chemii nieorganicznej i fizycznej. Część V

Ćwiczenie 2. Charakteryzacja niskotemperaturowego czujnika tlenu. (na prawach rękopisu)

Przewodnictwo elektryczne roztworów wodnych. - elektrolity i nieelektrolity.

Chemia - B udownictwo WS TiP

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

E1. OBWODY PRĄDU STAŁEGO WYZNACZANIE OPORU PRZEWODNIKÓW I SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ ŹRÓDŁA

LVI OLIMPIADA FIZYCZNA (2006/2007). Stopień III, zadanie doświadczalne D

ELEKTROGRAWIMETRIA. Zalety: - nie trzeba strącać, płukać, sączyć i ważyć; - osad czystszy. Wady: mnożnik analityczny F = 1.

Chemia - laboratorium

TŻ Wykład 9-10 I 2018

PRACOWNIA FIZYKI MORZA

WYZNACZANIE PRACY WYJŚCIA ELEKTRONÓW Z LAMPY KATODOWEJ

Czy prąd przepływający przez ciecz zmienia jej własności chemiczne?

Instrukcja wykonywania eksperymentów (fragmenty) do Zestawu Profesjonalnego hydro-genius

Badanie rozkładu pola elektrycznego

Różne dziwne przewodniki

Wodorotlenki. n to liczba grup wodorotlenowych w cząsteczce wodorotlenku (równa wartościowości M)

Pomiar podstawowych wielkości elektrycznych

ĆWICZENIE 2 KONDUKTOMETRIA

Zadanie 106 a, c WYZNACZANIE PRZEWODNICTWA WŁAŚCIWEGO I STAŁEJ HALLA DLA PÓŁPRZEWODNIKÓW. WYZNACZANIE RUCHLIWOŚCI I KONCENTRACJI NOŚNIKÓW.

R o z d z i a ł 9 PRĄD ELEKTRYCZNY

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

Chemia I Semestr I (1 )

A4.05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Pt, Au

Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali. Zadania

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Elektrochemia cz.1 Podstawy i jonika

Paweł Turkowski Zakład Fizyki, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Do użytku wewnętrznego ĆWICZENIE 34 ELEKTROLIZA. Kraków

wykład 6 elektorochemia

- w nawiasach kwadratowych stężenia molowe.

OGNIWA GALWANICZNE I SZREG NAPIĘCIOWY METALI ELEKTROCHEMIA

Badanie przepływu prądu elektrycznego przez elektrolit np. wodę mineralną projekt uczniowski (D). Ireneusz Mańkowski

Wyznaczanie parametrów równania Tafela w katodowym wydzielaniu metali na elektrodzie platynowej

Zestaw do doświadczeń z elektrochemii [ BAP_ doc ]

Paweł Turkowski Zespół Fizyki IChF, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Do użytku wewnętrznego ĆWICZENIE 34 ELEKTROLIZA. Kraków

LI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

Badanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2)

Ć W I C Z E N I E 6. Nadnapięcie wydzielania wodoru na metalach

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

KRYTERIA OCEN Z FIZYKI DLA KLASY II GIMNAZJUM. ENERGIA I. NIEDOSTATECZNY - Uczeń nie opanował wiedzy i umiejętności niezbędnych w dalszej nauce.

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo Paliwowe PEM

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki prądowo- napięciowej elektrolizera typu PEM,

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

1. za pomocą pomiaru SEM (siła elektromotoryczna róŝnica potencjałów dwóch elektrod) i na podstawie wzoru wyznaczenie stęŝenia,

Schemat ogniwa:... Równanie reakcji:...

Przewodnictwo jonów. Elektrolit-elektroda. Elektrochemia Wydział SiMR, kierunek IPEiH II rok I stopnia studiów, semestr IV. Pole elektryczne.

Ć W I C Z E N I E N R E-4 POMIAR SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ I OPORU WEWNĘTRZNEGO AKUMULATORÓW METODĄ KOMPENSACJI

WYZNACZANIE ROZMIARÓW

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Wewnętrzna budowa materii - zadania

Grupa:.. Dzień: Godzina:

Ćwiczenie nr 3 Sprawdzenie prawa Ohma.

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

LVI Olimpiada Fizyczna Zawody III stopnia

Skręcenie wektora polaryzacji w ośrodku optycznie czynnym

Chemia - laboratorium

RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Temperaturowa charakterystyka termistora typu NTC

Sole. 2. Zaznacz reszty kwasowe w poniższych solach oraz wartościowości reszt kwasowych: CaBr 2 Na 2 SO 4

Ćwiczenie nr 31: Modelowanie pola elektrycznego

SPRAWDZENIE PRAWA OHMA POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ

Laboratorium odnawialnych źródeł energii. Ćwiczenie nr 5

Badanie rozkładu pola elektrycznego

Zadanie 1. (2 pkt) Określ, na podstawie różnicy elektroujemności pierwiastków, typ wiązania w związkach: KBr i HBr.

KINETYKA INWERSJI SACHAROZY

TEST NA EGZAMIN POPRAWKOWY Z CHEMII DLA UCZNIA KLASY II GIMNAZJUM

(1) Przewodnictwo roztworów elektrolitów

WARSZTATY olimpijskie. Co już było: Atomy i elektrony Cząsteczki i wiązania Stechiometria Gazy, termochemia Równowaga chemiczna Kinetyka

LABORATORIUM KOROZJI MATERIAŁÓW PROTETYCZNYCH

DOŚWIADCZENIE MILLIKANA

a) Sole kwasu chlorowodorowego (solnego) to... b) Sole kwasu siarkowego (VI) to... c) Sole kwasu azotowego (V) to... d) Sole kwasu węglowego to...

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Fragmenty Działu 8 z Tomu 1 PODSTAWY ELEKTROCHEMII

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

ZWIĄZKI KOMPLEKSOWE SOLE PODWÓJNE

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

Laboratorium Ochrony przed Korozją. GALWANOTECHNIKA II Ćw. 6: ANODOWE OKSYDOWANIE ALUMINIUM

VII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2014/2015

IV A. Reakcje utleniania i redukcji. Metale i niemetale

HYDROLIZA SOLI. Przykładem jest octan sodu, dla którego reakcja hydrolizy przebiega następująco:

IV. Reakcje utleniania i redukcji. Metale i niemetale

Transkrypt:

INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI I TECHNOLOGII MATERIAŁÓW POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA PRACOWNIA ELEKTRYCZNOŚCI I MAGNETYZMU Ć W I C Z E N I E N R E-16 WYZNACZANIE WYMIARU FRAKTALNEGO W PROCESIE ELEKTROLIZY

I. Zagadnienia do opracowania 1. Dysocjacja elektrolityczna. Przewodnictwo elektryczne cieczy zjawisko elektrolizy. 2. Prawa elektrolizy Faraday a. 3. Agregacja ograniczona dyfuzją (ang. Diffusion Limited Aggregattion). 4. Fraktale i geometria Mandelbrota. 5. Metoda Regresji liniowej. II. Wprowadzenie teoretyczne Dysocjacja elektrolityczna jest procesem polegającym na rozpadzie cząstek związków chemicznych takich jak kwasy, zasady lub sole (posiadających wiązania jonowe) znajdujących się w roztworze wodnym, na dwie grupy jonów: dodatnie (tzw. kationy) i ujemne (tzw. aniony). Niektóre ciała stałe i ciecze, posiadające zdolność przewodzenia prądu elektrycznego i ulegają w czasie tego przepływu rozkładowi chemicznemu nazywamy elektrolitami. Elektrolit jest tworem elektrycznie obojętnym ze względu na identyczną liczbę jonów dodatnich i ujemnych. Poniżej zamieszczono przykłady dysocjacji elektrolitycznej wodnych roztworów związków chemicznych takich jak: H 2 O + H 2 O H 3 O + + HO - HCl H + + Cl - Mg(OH) 2 Mg 2+ + 2 OH - CuSO 4 Cu 2+ 2- + SO 4 ZnSO 4 Zn 2+ 2+ + SO 4 Rys.1. Proces dysocjacji (a) i elektrolizy (b) CuSO 4. Procesowi dysocjacji nie ulegają wszystkie cząsteczki substancji w roztworze, dlatego można wyznaczyć parametr zwany stopniem dysocjacji wyrażony wzorem: n N (1) gdzie: α stopień dysocjacji, n liczba cząstek dysocjowanych, N liczba cząstek rozpuszczonych. Na wartość tego parametru mają wpływ czynniki zewnętrzne takie jak temperatura, stężenie roztworu, natura rozpuszczalnika. 2

Gdy umieścimy w elektrolicie dwie elektrody i podłączymy do nich źródło prądu stałego, to powstanie pomiędzy nimi pole elektryczne skierowane od elektrody dodatniej (tzw. anody) do elektrody ujemnej (tzw. katody). Pole to wyzwala ruch jonów kationów do katody oraz anionów do anody. Jony po dotarciu do elektrod oddają swój ładunek elektryczny i wydzielają się w postaci obojętnych atomów lub cząsteczek. Pojedyncze atomy lub cząsteczki mogą łączyć się ze sobą tworząc w rezultacie klastry (grona, mikrocząstki), a proces ten nazywany jest agregacją. Agregacja jest znana i powszechnie spotykana od dawna zarówno w przyrodzie jak i wielu dziedzinach nauki i technologii, np. inżynierii materiałowej, chemii polimerów czy też immunologii. Ciekawą odmianą procesu jest agregacja ograniczona dyfuzją w skrócie DLA (ang. Diffusion Limitem Aggregation). W procesie tym cząsteczki łącząc się ze sobą tworzą bardzo ciekawie wyglądające grono o drzewopodobnej strukturze fraktalnej. Jednym z eksperymentów, w wyniku którego można w łatwy sposób otrzymać fraktalne struktury dendrytyczne, jest proces osadzania elektrolitycznego. Fraktalami (z łac. fractus złamany, cząstkowy) nazywamy obiekty samopodobne, tzn. takie których fragmenty są obrazem całości, nie dają się opisać tradycyjną geometrią euklidesową, a ich cechą zasadniczą jest wymiar fraktalny o wartości niecałkowitej. W procesie DLA można wyznaczyć taki wymiar korzystając z I prawa elektrolizy Faraday a. I prawo Faraday a: Masa m produktu wydzielonego na elektrodzie jest wprost proporcjonalna do wielkości przeniesionego przez prąd ładunku q: m k q q I t (2) (3) gdzie: I natężenie prądu, t czas przepływu. gdzie: k równoważnik elektrochemiczny danego pierwiastka. Wiedząc, że: m k I t (4) D m R (5) gdzie: m masa osadu, R długość promienia agregatu, D wymiar fraktalny; oraz N D C R (6) gdzie: N liczba przyłączonych cząstek w agregacie, C stała proporcjonalności. 3

Dodatkowo liczba cząstek przyłączanych w danej jednostce czasu wyraża się wzorem: N I q t (6) gdzie: I natężenie płynącego prądu, q = 3,2 10-19 C ładunek pojedynczego jonu. Logarytmując obustronnie wzór (6) otrzymamy: log N D logr logc (7) Liczba cząstek oraz promień agregatu jest znany, zatem korzystając z regresji liniowej możemy wyznaczyć wymiar fraktalny D. a) b) c) d) Rys.2. Wzrosty CuSO 4 a) 0,01M 12V, b) 0,03M 12V, c) 0,5M 12V, d) 1M 10V III. Zestaw pomiarowy Zasilacz, płytka Petrie ego z zestawem elektrod, woltomierz, amperomierz, stoper. 4

IV. Schemat układu pomiarowego V. Przebieg ćwiczenia 1. Przygotować płytkę Petrie ego i elektrolit. 2. Elektrody dokładnie oczyścić za pomocą papieru ściernego. 3. Połączyć obwód wg schematu (katodę podłączyć do ujemnego bieguna źródła). Ustalić wartość napięcia na 12V. 4. Katodę umieścić w środku płytki Petrie ego. 5. Mierzyć długość (od środka płytki) do końca najdłuższego osadu w równych odstępach czasowych. 6. Wyniki wpisać do tabeli. 7. Pomiar powtórzyć 3 razy. VI. Tabela pomiarowa Δt [s] t [min] I [A] R [mm] ΔN t 60 1 60 2 60 3 60 4 60 5 60 6 60 7 60 8 60 9 60 10 60 11 60 12 60 13 60 14 60 15 60 16 60 17 60 18 t N i i gdzie: I natężenie płynącego prądu, R promień agregatu. 5

VII. Opracowanie wyników 1. Na podstawie wykonanych pomiarów obliczyć ilość cząstek przyłączanych do agregatu w danej chwili czasu wzór (6). 2. Obliczyć całkowitą ilość cząstek przyłączonych do agregatu. 3. Korzystając z programu Regresja wyznaczyć wymiar fraktalny: log N D N CR D logr logc y ax b y=logn; x=logr; a = D 4. Na papierze milimetrowym otrzymać wykresy logn=f(logr). VIII. Rachunek błędu Program Regresja oblicza odchylenia standardowe wyznaczanych wartości. Wartość sigma_a przyjąć jako błąd określenia wymiaru fraktalnego. sigma_a = ΔD Literatura 1. B. Jaworski, A. Dietłaf, Kurs fizyki t. II 2. Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna t. III 3. H.O. Peitgen, H. Jürgens, D. Saupe : Granice chaosu, fraktale,wyd. Naukowe PWN, W-wa 2002 4. J. Lech, Opracowanie wyników pomiarów w laboratorium podstaw fizyki 5. P. Gębara, M. Kocher, A. Owczarek, Fraktalne struktury w procesie elektrolizy, Materiały XXXII Międzynarodowej Studenckiej Sesji Naukowej, Częstochowa 2008 6