Robert Maniura

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 8: Termodynamika reakcji elektrodowych.

1. Wstęp teoretyczny:

Półogniwem lub elektrodą Mⁿ⁺/M nazywamy metal M zanurzony do roztworu swoich jonów Mⁿ⁺. W takim przypadku na powierzchni metalu zachodzą równocześnie dwa procesy . Pierwszy proces to przechodzenie elektronów z roztworu do metalu ,drugi w przeciwną stronę.

Układ złożony z dwóch elektrod nazywamy ogniwem: -MMⁿ⁺(aq)N^m+(aq)N+

Elektrodę dodatnią oznacza + , a ujemną - .Natomiast pionowa kreska oznacza granicę faz ,a podwójna pionowa kreska tzw. klucz elektrolityczny .SEM jest równa co do wielkości i znaku potencjałowi elektrycznemu prawego przewodnika metalicznego ,gdy przy otwartym ogniwie potencjał elektryczny takiego samego przewodnika po stronie lewej został przyjęty za równy zero. Źródłem SEM ogniwa jest reakcja elektrochemiczna ogniwa. SEM ogniwa uważa się za dodatnią, gdy zmiana entalpii swobodnej ΔG dla reakcji ogniwa jest ujemna .SEM ogniwa zależy od stężenia reagentów (aktywności) , przedstawia to równanie Nernsta:

aA + bB+ ...⇔ cC + dD+...

ΔG = (cμ_c + dμ_d + ..) - (aμ_a + bμ_b + ..) (1).

μ_c = μ⁰_c +RTln(C), gdzie μ_c - potencjał chemiczny składnika C

czyli: ΔG = ΔG⁰ + RT ln[(C)^c(D)^d.../(A)^a(B)^b...] (2).

Korzystając z równoważności pracy max. Ogniwa ΔG i pracy elektrycznej ogniwa: ΔG = -nFE (3) gdzie: n - liczba elektronów biorących udział w reakcji ogniwa; F - stała Faraday^/a; E - SEM

Równanie Nernsta otrzymujemy z 2. i 3. :

E = E⁰ -
ln[(C)^c(D)^d.../(A)^a(B)^b...] E⁰ - SEM standardowe

Zależność SEM od temperatury otrzymujemy przez zróżniczkowanie 3. względem temperatury:

(
)_p = - nF(
)_p

Z drugiej zasady termodynamiki wiemy ,że : (
)_p = - ΔS

Z tych zależności wynika ,że z pomiaru SEM ogniwa i jej zależności od temperatury można wyznaczyć ΔG, ΔS i ΔH.

ΔG = ΔH - TΔS więc ΔH = nF[T(
)_p - E]

2. Opracowanie wyników:

Temperatura [^0C]	Temperatura [ K ]	SEM [V]
23	296,15	0,6
31	304,15	0,63
41	314,15	0,74
53	326,15	0,81

Wykres zależności SEM od temperatury jest linią prostą ,więc możemy zapisać ją w postaci równania:

E = aT +b; a i b wyznaczamy metodą najmniejszych kwadratów.

Ti [K]	296,15	304,15	314,15	326,15
Ti^2 [K^2]	87804,8225	92507,2225	98690,2225	106373,8225
Ei [V]	0,6	0,63	0,74	0,81
EiTi	177,69	191,6145	232,471	264,1815

a =
= 0,0074; b =
= -1,6065; E = 0,0074T - 1,6065

Przedstawiam wartości zmian funkcji termodynamicznych dla reakcji ogniwa w postaci następujących funkcji temperatury:

ΔG = -FE; [ΔG] = [J/mol]; ΔG = -96485,3(0,0074T - 1,6065) = 155003,63 - 713,99T

ΔS = - (
)_p; ΔS = - (
)_p = 713,99

ΔH = G + TS = 155003,63 - 713,99T + 713,99T = 155003,63 [J/mol] = 155,0 [kJ/mol]

Temperatura [K]	ΔG[J/mol]
296,15	-56444,5
304,15	-62156,4
314,15	-69296,3
326,15	-77864,2

Obliczam średnie błędy kwadratowe współczynników prostej a i b :

Temperatura [K]	296,15	304,15	314,15	326,15
Ei = aT + b	0,591111	0,650476	0,724683	0,81373
di = Ei - E	-0,00889	0,020476	-0,01532	0,00373
di^2	7,90E-05	4,19E-04	2,35E-04	1,39E-05

=3,8989;

S_b' =
S_b' = 0,2671

S_a' =
S_a' = 0,00086

3. Wnioski:

W temperaturze (296,15 - 326,15) zmiana entalpii swobodnej jest dla reakcji ogniwa wartością ujemną .Z tego wynika ,że proces ten jest samorzutny.

1

---