Skript zum AC-Teil - Anorganische Chemie, AK Röhr, Freiburg

10 KAPITEL 1. ELEKTROCHEMIE 1
Theorie
Die Hofmann-Apparatur eignet sich zur
Klärung mehrerer Sachverhalte. Zum einen
lässt sich mit ihrer Hilfe die Zusammensetzung
des Wassers bestimmen, zum anderen
lassen sich die Faradayschen Gesetze bestätigen.
Die Elektrolyse der Schwefelsäure führt
zu den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff,
die sich herkömmlich nachweisen lassen. Zur
Bestätigung der Faradayschen Gesetze werden
die während des Versuchs notierten Messwerte
herangezogen.
Das erste Faradaysche Gesetz sagt aus, dass
die elektrochemisch abgeschiedene Masse m eines
Stoffes proportional ist zu der durch den
Elektrolyten geflossenen Ladungsmenge Q.
m ∼ Q
Statt der Masse kann auch das Volumen des
Gases verwendet werden, da dies über die
Dichte ebenso proportional mit der Masse zusammenhängt
(m ∼ V) und damit die obige
Proportionalität gewahrt bleibt.
V ∼ Q
(Die Ladung lässt sich sich nach Q = I · t berechnen.)
Aufgrund der genannten Proportionalität
muss eine Auftragung der Masse gegen die Ladungsmenge
folglich eine Gerade ergeben.
Das zweite Faradaysche Gesetz sagt aus, dass
durch die Ladungsmenge von einem Mol Elektronen
genau ein Mol eines einwertigen Ions
(z.B. Ag + ) abgeschieden wird. Bei Abscheidung
eines höher geladenen Ions erniedrigt
sich die abgeschiedene Stoffmenge entsprechend
(z.B. 1 mol e − scheiden 0,5 mol Cu 2+
ab).
n = Q
F·z
Die Ladungsmenge, die einem Mol Elektronen
entspricht, bezeichnet man als Faradaysche
Konstante F = 96490 C
mol . Diese lässt sich
mit Hilfe des eben erwähnten Gesetzes experimentell
bestimmen. Die benötigte Stoffmenge
n lässt sich mit der allgemeinen Gasglei-
chung aus dem Gasvolumen berechnen. Da zur
Bildung eines Wasserstoffmoleküls aus Wasser
zwei Elektronen notwendig sind, ergibt sich für
die Variable z der Wert 2. Die Ladung berechnet
sich nach Q = I · t.
Literatur
Handbuch der Experimentellen Chemie Sekundarbereich
II, Band 6, S.146, s. [2]