Coulometer

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.

Grafická schéma coulometra na traskavý plyn

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 hm.% až 20 hm.%. Anódu tvorí strieborný drôt ponorený do roztoku dusičnanu strieborného. V priebehu coulometrie sa zaznamenáva čas. 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 medej 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. V priebehu coulometrie sa zaznamenáva čas. Veľkosť náboja Q prejdeného za určitý čas τ sa vypočíta z hmotnosti medi vylúčenej na medenej doske, ktorá slúžila ako katóda m_Cu:

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

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. V priebehu coulometrie sa zaznamenáva čas. 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 plaku 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 1F) sa rozloží 1/2 molu vody a vznikne 0,75 molu (1/2 + 1/4) plynnej zmesi vodíka a kyslíka (traskavého plynu) podľa rovnice:

${\frac {1}{2}}H_{2}O(l)\longrightarrow {\frac {1}{2}}H_{2}(g)+{\frac {1}{4}}O_{2}(g)$