Coulometer

Grafická schéma coulometru na traskavý plyn

Coulometer je elektrochemická sústava, ktorá sa používa na meranie elektrického náboja prejdeného skúmanou vzorkou. Prakticky sa využíva pri coulometrii. V praxi sa využíva coulometer na striebro, coulometer na meď a coulometer na traskavý plyn. V priebehu coulometrie sa zaznamenáva čas, ktorý sa používa na výpočet prejdeného elektrického prúdu.

Coulometer na striebro

Coulometer na striebro je založený na elektrogravimetrickom stanovení hmotnosti striebra vylúčeného počas elektrolýzy na predváženom platinovom kelímku, ktorý slúži ako katóda. Pred realizáciou coulometrie sa suchý a čistý platinový kelímok zváži, jeho hmotnosť sa zaznamená a naplní sa roztokom dusičnanu strieborného s koncentráciou 10 až 20 hm.%. Anódu tvorí strieborný drôt ponorený do roztoku dusičnanu strieborného. Veľkosť náboja Q prejdeného za určitý čas τ sa vypočíta z hmotnosti striebra vylúčeného na platinovom kelímku m_Ag:

$Q=I\cdot \tau =F\cdot \frac{m_{Ag}}{M_{Ag}}$

kde F je Faradayova konštanta a M_Ag je molárna hmotnosť striebra.

Coulometer na meď

Coulometer na meď je založený na elektrogravimetrickom stanovení hmotnosti medi vylúčenej počas elektrolýzy na predváženej medenej doskovej elektróde, ktorá slúži ako katóda. Pred realizáciou coulometrie sa suchá a čistá medená dosková elektróda zváži, jej hmotnosť sa zaznamená a reakčná nádoba sa naplní roztokom síranu meďnatého, ktorý sa okyslí a pridá sa etanol na zabránenie oxidácie vylúčenej medi. Anódu tvoria medené dosky ponorené do roztoku síranu meďnatého. Veľkosť náboja Q prejdeného za určitý čas τ sa vypočíta z hmotnosti medi m_Cu vylúčenej na medenej doske, ktorá slúžila ako katóda:

$Q=I\cdot \tau =2F\cdot \frac{m_{Cu}}{M_{Cu}}$

kde F je Faradayova konštanta a M_Cu je molárna hmotnosť medi.

Coulometer na traskavý plyn

Coulometer na traskavý plyn je založený na volumetrickom stanovení objemu traskavého plynu vylúčeného počas elektrolýzy na katóde (tvorba plynného vodíka) a na anóde (tvorba plynného kyslíka). Traskavý plyn je teda pomer vodíka a kyslíka v molárnom pomere 2:1. Pred realizáciou coulometrie sa celý coulometer naplní vodným roztokom kyseliny. Veľkosť náboja Q prejdeného za určitý čas τ sa vypočíta z objemu traskavého plynu vylúčeného na elektródach:

$Q=I\cdot \tau =\frac{n}{0,75}\cdot F$

kde F je Faradayova konštanta a n je látkové množstvo plynu, ktoré pri teplote T a tlaku p zaberá objem V:

$Q=I\cdot \tau =\frac{pV}{0,75RT}\cdot F$

Konštanta 0,75 vychádza z toho, že priechodom 1 molu elektrónov (s nábojom približne 96 485 C) sa rozloží 0,5 molu vody a vznikne 0,75 molu (0,5 + 0,25) plynnej zmesi vodíka a kyslíka (traskavého plynu) podľa rovnice:

$\frac{1}{2}{H}_{2}O(l)⟶\frac{1}{2}{H}_2(g)+\frac{1}{4}{O}_2(g)$