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Verificar as leis de Faraday para o processo de deposição de íons e determinar o valor da carga elementar a partir do processo de eletrólise.

Por:   •  21/2/2017  •  Trabalho acadêmico  •  1.917 Palavras (8 Páginas)  •  465 Visualizações

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FÍSICA 4

LABORATÓRIO 1:

DETERMINAÇÃO DA CARGA ELEMENTAR

PROFESSOR: RENATO SEMMLER

MARIANA BASILE

RENATO SANTOS

VICTOR BARAUSKAS

VICTORIA SARMENTO

OBJETIVO

    Verificar as leis de Faraday para o processo de deposição de íons e determinar o valor da carga elementar a partir do processo de eletrólise.

INTRODUÇÃO

  CARGA ELÉTRICA

    No modelo de átomo aceito atualmente os nêutrons e prótons se encontram rigidamente ligados, constituindo um núcleo denso e praticamente “imóvel”. Os prótons são partículas com cargas positivas, os elétrons tem carga negativa e os nêutrons tem carga neutra.

    Prótons e elétrons têm valores absolutos iguais embora tenham sinais opostos. O valor da carga de um próton ou um elétrons é chamado carga elétrica elementar.

    A carga elétrica elementar é a menor quantidade de carga encontrada na natureza:

[pic 2]

    Para a carga elétrica, deve-se verificar dois aspectos fundamentais:

    1. A carga elétrica é sempre conservada. Cargas podem ser transferidas de um sistema para outro, de um objeto para outro, mas a carga total é sempre conservada;

    2. A carga elétrica é quantizada. Corpos adquirem carga líquida sempre em múltiplos inteiros da carga elementar.

  CORRENTE ELÉTRICA

    Denomina-se ‘corrente elétrica’ o deslocamento de cargas elétricas livres para um determinada direção e sentido em certos meios condutores (sólidos metálicos ou soluções de íons – eletrolítica).

    Essas cargas possuem grande mobilidade e, se sofrerem a ação de uma força elétrica, podem migrar pelo meio condutor, dando origem a uma corrente elétrica.

    Nas soluções eletrolíticas, os íons diluídos no solvente são constituídos por dissociação de moléculas de sais, ácidos ou bases. A dissociação destas moléculas produz íons positivos e íons negativos. Ambos possuem grande mobilidade na solução, de modo que pequenas forças elétricas são capazes de deslocá-los através da solução, gerando um fluxo de cargas que é a corrente elétrica.

    A intensidade da corrente é dada pela quantidade de carga elétrica por unidade de tempo, ou seja:

[pic 3]

    Onde:

ΔQ é a quantidade de carga elétrica, medida em Coulomb; 

Δt é o intervalo de tempo, medido em segundos;

I é a intensidade de corrente elétrica, medida em ampère.

  CORRENTE ELÉTRICA NUMA SOLUÇÃO ELETROLÍTICA

 

    A força elétrica que atua em uma carga é devido à ação de um campo elétrico sobre a carga. Um dos processos que pode gerar um campo elétrico em uma região do espaço é estabelecer uma diferença de potencial entre dois pontos da região. A diferença de potencial entre dois pontos genéricos A e B de uma região é formalmente descrita como:

[pic 4]

    Se na região não existe campo elétrico, a tensão é nula. Se o campo na região é uniforme (ou seja, o vetor campo elétrico é o mesmo em módulo, direção e sentido em todos os pontos da região) a diferença de potencial é não nula e, aplicando esta propriedade da uniformidade do campo na expressão acima, teremos:

[pic 5]

onde:

dAB é o comprimento do segmento de reta que une os pontos A e B, medido em metros;

E é o módulo do campo elétrico, medido em N/C ou V/m;

[pic 6] é o ângulo entre a direção do campo e a direção do segmento AB;

VAB é a diferença de potencial entre os dois pontos, medido em volts.

    Se denominarmos: [pic 7], podemos escrever:[pic 8], ou seja, a diferença de potencial depende do módulo do campo e da distância entre os pontos A e B.

    Considerando uma solução eletrolítica na qual mergulhamos dois eletrodos metálicos ligados aos terminais de uma fonte de tensão. Ao aplicarmos nos eletrodos uma dada tensão contínua e constante VAB, geramos, na solução, um campo elétrico de intensidade E também constante, que atua sobre os íons da solução dando-lhes mobilidade. Os íons positivos migrarão pela solução dirigindo-se para o eletrodo conectado ao pólo negativo do gerador. Os íons negativos migrarão pela solução dirigindo-se para o eletrodo conectado ao pólo positivo do gerador.

    Quando atingem os respectivos eletrodos, os íons positivos “receberão” os elétrons em déficit que serão fornecidos pelos íons negativos, e uma corrente elétrica percorrerá o sistema. Esta corrente pode ter sua intensidade medida se um amperímetro for associado em série com o conjunto.

[pic 9]

    Mantendo-se a corrente constante durante um dado intervalo de tempo, uma certa quantidade de íons se depositará nos eletrodos. Seja Δm a massa depositada no eletrodo negativo. A massa de cada íon pode ser determinada conhecendo-se a massa molar M do material, medida em gramas por mol, depositado e sabendo-se que um mol de qualquer substância corresponde à Constante de Avogadro de moléculas (NA = 6,02x1023 moléculas/mol). Se denominarmos de µ a massa de cada íon, podemos escrever:

[pic 10]

    Sendo N o número de íons depositados no eletrodo negativo, a massa depositada no intervalo de tempo Δt pode ser escrita da seguinte forma:

[pic 11]

    A quantidade de carga a ser transportada dos íons negativos para os positivos que se depositam no eletrodo é determinável por dois processos:

- Pelo valor da intensidade de corrente constante que atravessa o conjunto (e que pode ser medida pelo amperímetro) multiplicada pelo intervalo de tempo de deposição;

- Pelo produto do valor da carga elementar multiplicada pela valência do íon e pelo número de íons depositados.

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