Ćwiczenie 30 : Wyznaczanie zmian funkcji termodynamicznych reakcji prądotwórczej w ogniwach .

I Wstęp teoretyczny :

Elementarna praca elektryczna , związana z przeniesieniem ładunku dq z punktu , w którym panuje potencjał
, do punktu o potencjale
wynosi
.

Wielkość tej pracy zależy od różnicy potencjałów elektrod , a ta w pierwszym rzędzie od termodynamicznego stanu układu . Zależy ona jednakże również od warunków w jakich zachodzi proces , w szczególności od natężenia czerpanego z ogniwa prądu . Maksymalną co do wartości bezwzględnej pracę otrzyma się w procesie quasi - statycznym , w którym natężenie prądu jest nieskończenie małe .

Różnicę potencjałów elektrod ogniwa w warunkach quasi - statycznego przepływu ładunku nazywamy siłą elektromotoryczną ogniwa i oznaczamy literą E , stąd :
.

Elementarna praca elektryczna wykonana w quasi - statycznym procesie izotermiczno - izobarycznym jest równa zmianie entalpii swobodnej układu :

Jeżeli w ogniwie zachodzi reakcja aA+ bB = cC + dD , to zmianę entalpii swobodnej reakcji prądotwórczej ogniwa opisuje równanie :
.

Zmiana entalpii swobodnej jest równa pracy zewnętrznej (elektrycznej ), którą ogniwo może wykonać , czyli
(1) , gdzie n - liczba moli elektronów przepływających w

układzie , F - stała Faradaya , E - SEM ogniwa .

SEM ogniwa zmienia się z temperaturą liniowo , można więc napisać : E = a + bT (2)

Gdzie stałe a i b wyznaczane są metodą najmniejszych kwadratów . Po wstawieniu równania (2) do ( 1 ) otrzymujemy
, wyrażenie opisujące zmianę entalpii swobodnej z temperaturą .

II Literatura :

• Pigoń K. , Ruziewicz Z. „Chemia fizyczna” PWN W-wa 1980

• Zespół prowadzący zajęcia w Pracowni Chemii Fizycznej „Pracownia Chemii Fizycznej” Wydawnictwo UMK , Toruń 2001

III Wykaz substancji , urządzeń użytych w zadaniu :

• Ogniwo Westona

• Bateryjka pastylkowa (ogniwo srebrowo-cynkowe )

VI Oświadczenie :

Powyższe substancje, urządzenia nie stanowią zagrożenia dla zdrowia .

.....................................

V Cel wykonania ćwiczenia :

Celem wykonania ćwiczenia jest wyznaczenie zmian funkcji termodynamicznych reakcji prądotwórczej w ogniwie w którym przebiega reakcja : Ag₂O + Zn = 2Ag + ZnO , na podstawie pomiaru SEM ogniwa przy zmianach temperatury .

VI Opis wykonania ćwiczenia :

Mierzono SEM ogniwa umieszczonego w termoregulatorze , trzy pomiary co 2 minuty w zakresie temperatur od 294,15 K do 313,15 K .

VII Obliczenia :

Tabela 1 Wyniki doświadczalne :

temp[K]	SEM [V]			Średnia
294,15	1,403	1,4025	1,4028	1,40277
296,15	1,4028	1,4022	1,4024	1,40247
298,15	1,4026	1,4025	1,4024	1,40250
300,15	1,4022	1,402	1,4021	1,40210
303,15	1,4018	1,4016	1,4017	1,40170
308,15	1,4012	1,4011	1,4011	1,40113
313,15	1,4005	1,4005	1,4004	1,40047

W ogniwie zachodzi reakcja : : Ag₂O + Zn = 2Ag + ZnO

Zmianę entalpii swobodnej
powyższej reakcji prądotwórczej ogniwa opisuje równanie :

Zmiana entalpii swobodnej jest równa pracy elektrycznej , którą ogniwo może wykonać czyli:

gdzie : n - liczba moli elektronów przepływających w układzie

F - stała Faradaya

E - SEM ogniwa

SEM ogniwa zmienia się z temperaturą liniowo : E = a + bT

stałe a i b wyznaczono metodą najmniejszych kwadratów według wzorów :

Parametry prostej SEM = f(T) obliczono metodą regresji zwyczajnej według następujących wzorów :

x = T

y = SEM

,
, gdzie a_śr, b_śr średnie współczynniki regresji , i wynoszą one :

a = 1,4376 y= -0,0001x + 1,4376

b = -0,0001

W obliczeniach pominąłem ostatni wynik ze względu na duże jego odchylenie i wynikający z niego błąd .

dla temp 298K
-271,66 kJ

---