Bartosz Puchalski 30.III.2005

Ćwiczenie 30

Wyznaczanie zmian funkcji termodynamicznych

reakcji prądotwórczej w ogniwach

W ćwiczeniu tym mierzymy SEM ogniwa w odpowiedniej temperaturze. Naszym celem jest wyznaczenie zmian entropii, entalpii jak i entalpii swobodnej układu (ogniwo srebrowo - cynkowe). Liniowa zależność siły elektromotorycznej od temperatury obrazuje wzór:

;gdzie E - siła elektromotoryczna, T - temperatura, a₀ i a₁ - stałe wyznaczane metodą najmniejszych kwadratów z zależności E = f(T). Siła elektromotoryczna charakteryzuje jednoznacznie termodynamiczną zmianę stanu ogniwa, jaka dokonałaby się w wyniku przebiegu reakcji prądotwórczej. Zmianę taką opisuje zmiana entalpii swobodnej układu, oznaczana jako ΔG. W stałych warunkach temperatury i ciśnienia jest ona równa pracy prądu elektrycznego W:

;gdzie n - ilość elektronów biorących udział w reakcji prądotwórczej, F - stała Faraday'a, E - siła elektromotoryczna. Po podstawieniu do powyższego równania na ΔG zależności SEM od temperatury otrzymujemy:

Z otrzymanego wzoru wynika ze SEM maleje ze wzrostem temperatury. Zmianę entalpii (ΔH) i entropii (ΔS) reakcji zachodzącej w ogniwie obliczymy dzięki zależności ΔG = W, jak i równaniu Gibbsa - Helmholtza:

Po przekształceniach uzyskujemy następuje wzory:

Siła elektromotoryczna jest funkcją aktywności (a) reagentów biorących udział w reakcji chemicznej zachodzącej w ogniwie. Obrazuje to równanie Nernsta. Dla przykładowej reakcji:

Równanie Nernsta przyjmuje postać:

;gdzie R - stała gazowa, a b c d - współczynniki stechiometryczne. E₀ oznacza standardową siłę elektromotoryczną ogniwa, równą:

.

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. 775 - 776

Substancje chemiczne stosowane w zadaniu:

• ogniwo Westona

• bateryjka pastylkowa (ogniwo srebrowo - cynkowe)

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 obliczenie zmian funkcji termodynamicznych na podstawie zmian SEM i porównanie tych wartości z wartościami teoretycznymi wyliczonymi z prawa Hessa.

---