Versuch zum 2. Faradayschen Gesetz

Der zweite Versuch demonstriert das 2. Faradaysche Gesetz durch den Vergleich der Elektrolyse von Silbernitrat- und Kupfersulfatlösung.

Versuchsaufbau und Durchführung

• Zwei Elektrolysezellen werden in Reihe geschaltet: eine mit Silbernitratlösung und Silberelektroden, die andere mit Kupfersulfatlösung und Kupferelektroden.
• Die Elektrolyse läuft etwa 15 Minuten bei 3 Volt.
• Die Elektroden werden vor und nach der Elektrolyse gewogen.

Ergebnis und Auswertung

• In beiden Zellen nimmt eine Elektrode genau so viel an Masse zu, wie die andere abnimmt.
• Die abgeschiedene Stoffmenge an Silber ist doppelt so groß wie die an Kupfer.

Highlight: Das 2. Faradaysche Gesetz besagt, dass bei gleicher Ladungsmenge die umgesetzten Stoffmengen verschiedener Stoffe sich wie ihre elektrochemischen Äquivalente verhalten.

Example: Ein Silber-Ion $Ag+$ ist einem halben Kupfer-Ion $Cu²+$ äquivalent, da für die Abscheidung von Silber ein Elektron, für Kupfer aber zwei Elektronen benötigt werden.

Auswertung der Faradayschen Gesetze

Die Auswertung der Versuche verdeutlicht die mathematischen Zusammenhänge der Faradayschen Gesetze.

Mathematische Formulierung

• 1. Faradaysches Gesetz: n ~ I * t bzw. n ~ Q (elektrische Ladung)
• 2. Faradaysches Gesetz: n = Q / $z * F$

Definition: Die Faraday-Konstante F = 96485 As/mol ist die Ladung eines Mols Elektronen.

Anwendung auf verschiedene Stoffe

• Die Stoffmenge n ist proportional zur geflossenen Ladung Q.
• Die Steigung der Geraden im n-Q-Diagramm hängt von der Anzahl der ausgetauschten Elektronen pro Teilchen ab.

Example: Für Silber $Ag+$ ist die Steigung doppelt so groß wie für Kupfer $Cu²+$, da Silber nur ein Elektron pro Ion benötigt, Kupfer aber zwei.

Grafische Darstellung der Faradayschen Gesetze

Ein Diagramm veranschaulicht die Beziehung zwischen gebildeter Stoffmenge und geflossener Ladung für verschiedene Stoffe bei der Elektrolyse.

Interpretation des Diagramms

• Die x-Achse zeigt die geflossene Ladung Q in Coulomb (C), die y-Achse die gebildete Stoffmenge n in mol.
• Verschiedene Geraden repräsentieren unterschiedliche Stoffe wie Ag, H₂, Cu, Cl₂, Zn und O₂.

Aussagen des Diagramms

• Die Geraden verlaufen linear, was die direkte Proportionalität zwischen n und Q bestätigt (1. Faradaysches Gesetz).
• Die unterschiedlichen Steigungen der Geraden spiegeln die verschiedenen elektrochemischen Äquivalente der Stoffe wider (2. Faradaysches Gesetz).

Highlight: Die Faraday-Konstante erscheint im Diagramm als der Wert auf der x-Achse (96485 C), bei dem die Stoffmenge für einwertige Ionen 1 mol beträgt.

Definition: Das elektrochemische Äquivalent eines Stoffes ist die Masse, die bei der Elektrolyse durch die Einheitsladung abgeschieden wird.

Grafische Darstellung der Faradayschen Gesetze

Das Diagramm visualisiert die lineare Beziehung zwischen Stoffmenge und geflossener Ladung für verschiedene Elemente.

Highlight: Die Steigung der Geraden hängt von der Wertigkeit des jeweiligen Ions ab.

Example: Silber (Ag⁺) zeigt die steilste Gerade, da pro Ion nur ein Elektron übertragen wird.

Versuch zum 1. Faradayschen Gesetz

Das erste Faradaysche Gesetz wird durch einen Elektrolyseversuch mit Kupfersulfatlösung demonstriert.

Versuchsaufbau und Durchführung

• Eine Elektrolyseapparatur wird mit zwei Kupferblechen als Elektroden in einer Kupfersulfatlösung aufgebaut.
• Die Elektroden werden vor und nach der Elektrolyse gewogen.
• Die Elektrolyse läuft für 600 Sekunden bei 5 Volt, wobei die Stromstärke gemessen wird.

Ergebnis und Auswertung

• Eine Elektrode nimmt genau so viel an Masse zu, wie die andere abnimmt.
• Die theoretische Gewichtszunahme wird mit der Formel n = I * t / $z * F$ berechnet.

Highlight: Das 1. Faradaysche Gesetz zeigt, dass die umgesetzte Stoffmenge direkt proportional zur geflossenen Ladungsmenge ist.

Vocabulary: Elektrolyse ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem durch elektrischen Strom chemische Reaktionen ausgelöst werden.

Definition: Die Faraday-Konstante F = 96487 As/mol ist eine fundamentale Naturkonstante in der Elektrochemie.