Bartosz Puchalski 30.III.2005

Ćwiczenie nr 30

Wyznaczanie zmian funkcji termodynamicznych

reakcji prądotwórczej w ogniwach

Włączyłem wiatraczek i miliwoltomierz cyfrowy. Zakres pomiarowy miliwoltomierza ustawiłem na 2 V. Badane ogniwo było już zamocowane w uchwycie pomiarowym a przewody pomiarowe miliwoltomierza były już podłączone do zacisków ogniwa. Przy wyłączonym termoregulatorze termostatowałem ogniwo w temperaturze otoczenia przez około 15 minut. Po wytermostatowaniu notowałem trzykrotnie SEM ogniwa w odstępach dwuminutowych. Po włączeniu zasilania termoregulatora termostatowałem a następnie dokonywałem pomiarów SEM ogniwa w temperaturach wyższych od temperatury otoczenia. Po wykonaniu pomiarów wyłączyłem termoregulator i zasilanie wiatraczka jak i miliwoltomierz.

W ogniwie cynkowo - srebrowym zachodzi reakcja:

Ag₂O + Zn ↔ ZnO + 2Ag

Zn⁰ → Zn²⁺ + 2e

2Ag⁺ + 2e → 2Ag⁰

Czyli liczba elektronów biorących udział w reakcji n = 2.

1. Wyniki eksperymentalne zebrane w tabeli:

Lp.	T [K]	SEM [V]			SEMśr [V]
				1		2	3
1.	292,5	1,4265	1,4265	1,4265	1,4265
2.	295	1,4263	1,4263	1,4262	1,4263
3.	296,4	1,4260	1,4260	1,4260	1,4260
4.	299	1,4257	1,4257	1,4256	1,4257
5.	304	1,4250	1,4250	1,4250	1,4250
6.	312,4	1,4241	1,4240	1,4240	1,4240
7.	316,4	1,4237	1,4236	1,4237	1,4237

2. Wartości współczynników równania E = a + bT (gdzie T - temperatura, a i b to stałe, E - siła elektromotoryczna) wyznaczone zostały metodą najmniejszych kwadratów przy wykorzystaniu komputera. Wydruk jest dołączony do opracowania.

- stałe wynoszą: a = 1,4620 b = - 1,2129E-04

3. Obliczam ΔG, ΔH, ΔS reakcji ogniwa w temperaturze 298 K:

- ΔG wyznaczam ze wzoru

; gdzie ΔG - zmiana entalpii swobodnej, n liczba elektronów biorących udział w reakcji w ogniwie, F stała Faradaya równa F = 9,6485E+04 [C/mol], T - temperatura, a i b - stałe.

• ΔH wyznaczam ze wzoru:

• Różniczka SEM po temperaturze jest równa:

• SEM w 298 K wynosi:

E = 1,4620 - 1,2129E-04*298 = 1,4258 V

• Podstawiając do wzoru na ΔH:

• ΔS wyliczam opierając się na zależnościach pomiędzy funkcjami stanu:

• Jak wiadomo G= H - TS więc:

dG= dH - TdS + SdT (założenie że T- constans)

ΔG = ΔH - TΔS

ΔS = ( ΔH -ΔG) / T

[kJ/mol*K]

3. Znając dokładne równanie reakcji zachodzące w ogniwie obliczam na podstawie prawa Hessa ΔG, ΔH, ΔS. Wartości standardowe ΔH_tw, ΔG_tw przyjąłem z „Tablic chemicznych” praca zbiorowa, wydawnictwo Podkowa, Gdańsk 2001.

ΔH_tw (Ag₂O) = - 30,6 [kJ/mol] ΔH_tw ( ZnO ) = - 348,0 [kJ/mol]

ΔG_tw (Ag₂O) = - 10,8 [kJ/mol] ΔG_tw ( ZnO ) = - 318,2 [kJ/mol]

• zgodnie z prawem Hessa ΔH_reakcji = ΔH_produktów - ΔH_substratów:

ΔH_reakcji = - 348,0 - ( -30,6)= - 317,4 [kJ/mol]

ΔG_reakcji= - 318,2 - (-10,8) = - 307,4 [kJ/mol]

• ΔS wyliczam ze wzoru ΔS = ( ΔH -ΔG) / T:

[kJ/mol*K]

Wnioski.

Wyniki obliczone na podstawie wyników doświadczalnych różnią się w pewnym stopniu od wartości wyliczonych na podstawie prawa Hessa i wartości literaturowych. Różnica ta wynosi około 10%. Współczynnik korelacji linii trendu wykresu SEM = f(T) wynosi 0,99833 więc możliwe jest, iż dość średnio liniowy charakter wykresu powoduje pewien błąd. Przyczyną może być niedoskonałość sprzętu jak i obserwatorów. Jak widać na podstawie wykresu SEM ogniwa cynkowo - srebrowego maleje ze wzrostem temperatury. Jak wnika z obliczeń entropia układu maleje, więc możemy wywnioskować, że reakcja zachodząca na ogniwie powoduje wzrost entropii otoczenia.

---