Bartosz Puchalski 9.III.2005

Ćwiczenie nr 5

Pomiar siły elektromotorycznej ogniw

galwanicznych i stężeniowych

Siłą elektromotoryczną (SEM) nazywamy różnicę potencjałów występującą pomiędzy elektrodami ogniwa odwracalnego. Tworzy ją nie tylko suma algebraiczna dwóch skoków potencjału na granicy każdej z elektrod i roztworu, lecz również różnice potencjałów występujące wewnątrz ogniwa, np. na granicy zetknięcia roztworów o różnym składzie jakościowym lub ilościowym. Podstawowy wzór wyrażający siłę elektromotoryczną ogniwa jako funkcję aktywności wszystkich reagentów w przypadku, gdy T, p = constans:

;gdzie E₀ - standardowa siła elektromotoryczna ogniwa (wartość siły elektromotorycznej w warunkach stanu podstawowego reagentów), a_i - aktywność reagenta, n_i - liczba moli według równania stechiometrycznego (n_i > 0 w przypadku produktów, n_i < 0 w przypadku substratów), R - stała gazowa równa 8.314510(70) [J*mol^-1*K^-1], F - stała Faradaya równa 96485.309(29) [C*mol^-1].

Ogniwa galwaniczne wykorzystywane w tym ćwiczeniu, są to układy dwóch elektrod graniczących ze sobą w taki sposób, że możliwa jest wędrówka ładunku elektrycznego z jednej elektrody do drugiej po połączeniu tych elektrod przewodem na zewnątrz ogniwa. Jeżeli na jednej elektrodzie - dodatniej - przebiega reakcja:

a na drugiej - ujemnej:

to po połączeniu elektrod przewodem będą w nim płynąć elektrony od elektrody M₂ do M₁ i obie reakcje elektrodowe będą przebiegały w podanych kierunkach. Proces wypadkowy obu tych reakcji składowych jest reakcją zachodzącą w ogniwie:

Reakcja ta jest źródłem pracy elektrycznej, której może dostarczyć ogniwo galwaniczne.

W tym ćwiczeniu posługujemy się też ogniwami stężeniowymi. Są to ogniwa, w których procesem wypadkowym będącym źródłem siły elektromotorycznej jest nie reakcja chemiczna, lecz zmiana aktywności elektrolitu. Przykładem takiego ogniwa może być układ:

a₁ > a₂

; gdzie ν₊ i ν_- - odpowiednio liczby atomów M i A w cząsteczce MA. W ogniwie tym półogniwa różnią się jedynie aktywnością elektrolitu M_ν+ A_ν-. Kropki rozdzielające półogniwa oznaczają, że możliwa jest bezpośrednia wędrówka jonów z jednego roztworu do drugiego. Takie ogniwo nosi nazwę ogniwa stężeniowego z przenoszeniem. Ogniwa, w których jony elektrolitu nie wędrują bezpośrednio z jednego roztworu do drugiego, nazywamy ogniwami stężeniowymi bez przenoszenia. Znając potencjały normalne odpowiedniej pary elektrod I i II rodzaju o tej samej fazie metalicznej, można określić iloczyn rozpuszczalności odpowiedniej soli:

Iloczyn rozpuszczalności soli MA można również wyznaczyć na podstawie pomiaru siły elektromotorycznej ogniwa:

Reakcje elektrodowe i ich sumaryczna postać:

A + e = A^-

M = M⁺ + e

M + A = M⁺ + A^-

SEM wyraża wzór:

Ponieważ roztwór jest nasycony solą MA, więc:

;gdzie L - jest to iloczyn rozpuszczalności.

Literatura:

L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gatner, A. Koll „Eksperymentalna chemia fizyczna” PWN

Warszawa - 1982; str. 300-305

Praca zbiorowa „Chemia Fizyczna” PWN Warszawa 1963 str. 773 - 792

Substancje chemiczne stosowane w ćwiczeniu:

• roztwór chlorku potasu

• roztwór bromku potasu

• roztwór jodku potasu

• roztwór siarczanu cynku

• roztwór siarczanu miedzi

• roztwór azotanu srebra

Oświadczam, że zapoznałem się z kartami charakterystyk w/w substancji i znane mi są właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

Celem tego ćwiczenia jest wykorzystanie pomiaru siły elektromotorycznej ogniw stężeniowych do obliczenia iloczynów rozpuszczalności AgCl, AgBr, AgI i porównanie ich z wartościami zamieszczonymi w literaturze.

---