[scheikunde] elektrochemie

[Nikkie V5]

Hallo!

Op school heb ik een practicum gedaan met elektrolyse. Hierbij hebben we twee koperplaatjes in een kopersulfaat-oplossing gehangen en er een stroom van ongeveer 40 mA door laten lopen.

Nou moeten we hier ook een vraag over beantwoorden. En daar komen we niet helemaal uit.

Dit is de vraag:

Probeer een verklaring te vinden voor het feit dat na 30 minuten elektrolyseren een groter percentage van het ladingstransport door koper wordt verzorgd dan na 10 minuten elektrolyseren.

Ik had het volgende in gedachten:

Er treden tijdens de elektrolyse twee reacties op. Aan de anodekant is dat: Cu (s) --> Cu²⁺ (aq) + 2 e^- en aan de kathodekant is dat Cu²⁺ (aq) + 2 e^- --> Cu (s). De koperionen die nodig zijn voor de reactie aan de kathodekant worden in eerste instantie uit de koperoplossing gehaald. Maar omdat deze ionen opraken zullen ze ergens anders vandaan moeten komen, en dat is de anodekant (hier worden namelijk koperionen gevormd). De koperionen die aan de anodekant worden gevormd verplaatsen zich dus na verloop van tijd steeds meer naar de kathode kant. Omdat hierdoor de lading aan anodekant niet meer extra positief wordt verplaatsen zich steeds minder SO42- ionen naar deze kant. De koperionen verplaatsen zich dus meer dan de sulfaationen. De koperionen nemen dus een groter aandeel van het ladingstransport op zich dan voorheen. Hierdoor neemt het percentage ladingtransport door koperionen toe.

Ik vraag me eigenlijk heel erg af of dit wel goed is...

Is er iemand die me hiermee kan helpen?

Alvast bedankt!

Groetjes!

[hzeil]

Nikkie V 5 ,

De vraag die U kreeg is niet goed en daardoor kunt U die ook niet beantwoorden.

De beide elektrodereakties die U geeft zijn wel goed. Beide reakties verlopen met een stroomrendement van ongeveer 100%.

Maar, de bijdrage van de koperionen aan de migratie in de electroliet is veel geringer. We kunnen die schatten op ongeveer 45%. De rest van het electrisch transport wordt door andere ionen verzorgd ( SO₄^2- , H⁺ en HSO₄^- )

De overige 55% van het kopertransport in de electroliet moet dus via convektie en diffusie van de anode naar de kathode verlopen. Door goed te roeren kun je de concentratieverschillen daarbij zo klein mogelijk maken. Echter , door roering kun je in beginsel de transportgetallen van de koperionen en de andere ionen niet veranderen.

Een zinvolle vraag zou voor U zou kunnen zijn het berekenen van de gemiddelde verblijftijd van de koperionen in de electroliet. Je moet daarvoor weten:

De koperion concentratie in equivalenten per liter.

De grootte van het ladingsequivalent ( 96500 coulomb per equivalent)

Het volumen van de electroliet in liters en de grootte van de doorgevoerde stroom in amperes.

Natuurlijk zit er in deze verblijftijd een zekere spreiding, afhankelijk van de roering en de vorm van de bak waarin U deze electrolyse uitvoert.

[rwwh]

allereerst: hzeil is onze absolute elektrochemie expert....

Toch wil ik proberen om je bij deze proef nog verder te helpen. Ik neem aan dat je het praktische rendement hebt gemeten na 10 minuten en na 30 minuten, door weging van de koperen plaatjes? Kun je eens vertellen hoe hoog je rendement na 10 minuten was, en hoe hoog na 30 minuten?

Uit het berichtje van hzeil heb je al kunnen begrijpen dat jouw idee over de concentratie-gradiënt niet klopt, en dat de Cu²⁺ gradiënt in de praktijk andersom zal komen te liggen. Heb je enig idee of er andere reacties aan de koperplaatjes zouden kunnen optreden?

[Nikkie V5]

We hebben inderdaad de koperplaatjes gewogen, hieruit kwam het volgende:

na 10 minuten was er een afname van 0,0088 gram en na 30 minuten was er een afname van 0,0263 gram.

Hier uit hebben we berekend dat na tien minuten de afname 0,139 mmol is en na 30 minuten de afname 0,414 mmol.

Of er meer reacties kunnen optreden...

We hebben de volgende deeltjes:

water, koperionen, sulfaationen, vast koper.

Ik kan eigenlijk alleen die twee redoxreacties bedenken..

[hzeil]

Uw getallen zien er goed uit; het gewichtsverlies van de anode is na 30 minuten drie maal zo groot als na 10 minuten.

Uit Uw gewichtsverlies kunt U Uw gebruikte stroomsterkte berekenen:

I = (0.0088maal 96500maal 2)/( 600 maal 63.5) = 0.0462 A. Dus ruim 40 mA gedurende 10 minuten.

Zoals U ziet behoef je voor dit eenvoudige coulometrische sommetje niets te veronderstellen over iontransporten of concentratieveranderingen. Ook de kopersulfaatconcentratie speelt geen rol. Mits het stroomrendement van U anodereaktie maar 100% is gedurende de hele electrolysetijd.

Het gaat echter mis als U een geheel andere elektroliet zou nemen, bijv. een NaOH oplossing. Dan komt er een zwarte CuO laag op Uw anode en wordt hij zwaarder in plaats van lichter.

[Nikkie V5]

Heel erg bedankt voor de informatie, ik ga het er nog eens met mijn leraar over hebben :)