Warmiński Artur

Worek Tomasz

WYZNACZANIE ΔG, ΔH ORAZ ΔS REAKCJI CHEMICZNEJ

Termodynamika chemiczna – dział chemii fizycznej zajmujący się efektami energetycznymi towarzyszącym procesom fizykochemicznym i chemicznym.

Zerowa zasada termodynamiki: jeżeli układ A i układ B są w równowadze termicznej z układem wówczas są w równowadze termicznej względem siebie.

I zasada termodynamiki: w układzie izolowanym energia wewnętrzna U jest stała i niezależna od przemian dokonujących się w tym układzie.

II zasada termodynamiki: w przyrodzie przebiegają samorzutnie te procesy, którym towarzyszy wzrost entropii.

III zasada termodynamiki: w temperaturze zera bezwzględnego entropia wszystkich doskonałych substancji krystalicznych musi być jednakowa i jest równa zeru. Do funkcji termodynamicznych należy; energia wewnętrzna układu (U), entalpia układu (H), entropia (S), entalpia swobodna (G). Różniczka funkcji termodynamicznej jest różniczką zupełną.

Siły elektromotoryczna ogniwa jest różnicą potencjałów między elektrodami ogniwa otwartego, czyli nie pracującego. Równanie Nernsta pozwala obliczyć potencjał półogniw zawierającego roztwór elektrodowy o dowolnym stężeniu: $\mathbf{E}\mathbf{=}\mathbf{E}^{\mathbf{0}}\mathbf{+}\frac{\mathbf{0,059}\mathbf{V}}{\mathbf{n}}\mathbf{\text{logc}}$.

Siła elektromotoryczna (SEM) ogniwa jest dodatnia, jeżeli elektrony płyną przez obwód zewnętrzny od lewej strony ku prawej. Reakcja zachodzi samorzutnie w kierunku, w którym jest napisana, gdy siła elektromotoryczna ogniwa jest dodatnia. Jeżeli reakcja nie wykazuje tendencji do samorzutnego przebiegu, zarówno ΔG jak i E są równe 0. Gdy siła elektromotoryczna ogniwa jest ujemna, reakcja wykazuje tendencję do samorzutnego przebiegu w kierunku przeciwnym do napisanego.

Normalne potencjały elektrod umożliwia obliczenie zależność: ΔG⁰=−nFE⁰

Ponadto dodatkowych informacji dostarczają pomiary zależności SEM ogniw elektrochemicznych od temperatury.

Zależność termodynamiczna: $\mathbf{\lbrack}{\frac{\mathbf{\partial\Delta G}}{\mathbf{\partial T}}\mathbf{\rbrack}}_{\mathbf{P}}\mathbf{=}\mathbf{-}\mathbf{\Delta}\mathbf{S}$

Znając wartość entropii można skorzystać z równania: ΔH = ΔG –TΔS

Elektrody ogniwa są albo bezpośrednio zanurzone w roztworze albo znajdują się w oddzielnych naczyniach połączonych ze sobą kluczem (mostkiem) elektrolitycznym, umożliwiającym przepływ jonów między roztworami. Klucz elektrolityczny stosuje się, gdy każda elektroda musi być zanurzona w innym roztworze .

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

Aparatura i odczyniki:

1. ogniwo Clarka,

2. woltomierz,

3. mieszadło magnetyczne,

4. termometr,

5. zlewka o pojemności 600 cm³,

6. lód.

Wykonanie ćwiczenia:

W zlewce z wodą i lodem zanurzono ogniwo tak by woda sięgała ok. 2 cm poniżej korków zamykających obydwa ramiona. Włączono mieszadło i przez 15 min utrzymywano temperaturę 0°C. Po upływie 15 min zmierzono SEM ogniwa, następnie odlano część wody i dolano wody aby temperatura wynosiła 10°C, odczekano 15 min i zmierzono SEM ogniwa. Pomiar SEM zmierzono także dla temperatur 20, 30 i 40°C.

Tabela 1. Wyniki pomiarów SEM badanego ogniwa

Temperatura [°C]	E [V]	n [liczba elektronów/cząsteczek]
0	1.418	2
10	1.410	2
20	1.402	2
30	1.394	2
40	1.386	2

OPRACOWANIE I DYSKUSJA WYNIKÓW

1. Wykres SEM = f(T)

Zależność siły elektromotorycznej ogniwa od temperatury ma przebieg liniowy, y = -0,0008x + 1,418,