Krzysztof Burczyński 08.04.2002

Ćwiczenie nr 5

Pomiar siły elektromotorycznej ogniw galwanicznych i stężeniowych

I

Ogniwo galwaniczne jest układem, który może wykonać pracę elektryczną kosztem redoksowych przemian chemicznych. Przykładem takiego ogniwa może być ogniwo Daniella. Ogniwo to składa się z blaszki lub pręta cynkowego zanurzonego w roztworze
i blaszki (pręta wykonanego z miedzi-w roztworze
. Obydwa roztwory kontaktują się ze sobą przez przegrodę porowatą umożliwiającą przepływ jonów a zapobiegającą mieszaniu się roztworów. Po połączeniu cynku z miedzią przewodnikiem elektronowym popłynie prąd elektryczny. Przepływ prądu elektrycznego jest wynikiem reakcji chemicznej zachodzącej w obydwu częściach ogniwa tzw. półogniwach na granicy pomiędzy metalem a roztworem, różnica potencjałów . na anodzie zachodzi utlenianie
uwolnione elektrony przekazywane są na katodę gdzie zachodzi reakcja redukcji
. Bieg powyższych reakcji powoduje, że anoda zyskuje elektrony ma więc potencjał ujemny, natomiast katoda potencjał dodatni. Sumarycznie w ogniwie zachodzi reakcja utleniania i redukcji.

Budowę elektrody zapisujemy :

(-)|

Cu|⊕

Ogniwa galwaniczne to ogniwa, które mogą wykonywać pracę prace elektryczną kosztem redoksowych przemian przykładem takiego ogniwa jest ogniwo daniel przedstawione wyżej. Ogniwa stężeniowe powstają w wyniku dwóch jednakowych elektrod, różniących się jedynie aktywnością jonów w reakcjach elektrodowych. Przykładem takiego ogniwa jest ogniwo amalgamatowe (-)Hg|Cd(a1)|Cu
|Cd(a2)|Hg⊕ w których aktywność Cd a1>a2. Przykładem ogniwa z różnica roztworów elektrodowych jest ogniwo składające się z dwóch elektrod srebrowych zanurzonych w roztworach o a1 ia2 gdziea1<a2 połączonych kluczem elektrolitycznym. (-)Ag|
(a1)||
|Ag⊕ SEM równa się:

Ogniwo bez przenoszenia - jeżeli w ogniwie nie ma granicy pomiędzy roztworami poszczególnych elektrod przykładem może być ogniwo

(-)Pt,
(
)|

|
(
); gdzie elektrody mają wspólny roztwór HCl>

Wzór Nernsta:

reprezentuje siłę elektromotoryczną danego ogniwa. SEM można również obliczyć z potencjałów obydwu elektrod.

Siła elektromotoryczna jest równa różnicy pomiędzy pootencjałem przewodnika przyłączonego do elektrody prawej a potencjałem przewodnika wykonanego z tego samego metalu dołączonego do elektrody lewej tzn.

W ten sposób wyliczona SEM jest prawdziwa jedynie wtedy gdy pomiędzy elektrodami roztworami nie występuje dodatkowy spadek potencjału nazywany potencjałem dyfuzyjnym. Potencjał dyfuzyjny można wyeliminować poprzez wprowadzenie do ogniwa klucza elektrolitycznego. Potencjał dyfuzyjny nie ma miejsca w ogniwach bez przenoszenia.

Wzór Nernsta opisuje również reakcje elektrodowe

M=1więc

- potencjał standardowy jest on równy potencjałowi danej elektrody w przypadku aktywności
<1.

Potencjału elektrody nie można wyznaczyć, można wyznaczyć wartość bezwzględną jest on równy sile elektromotorycznej ogniwa złożonego z danej elektrody oraz standardowej elektrody wodorowej zestawionej w ten sposób by elektroda wodorowa znajdowała się po lewej stronie ogniwa i w którym nie występuje potencjał dyfuzyjny
jest standardową SEM ogniwa w którym aktywności reagentów są równe jedności.

Rodzaje elektrod

a) elektrody I rodzaju - odwracalne względem jonów materiału ele.

+względem kationu (metaliczne, wodorowe)

+względem anionu (chlorowa, bromowa, jodowa)

c) elektrody II rodzaju - przykładem jest elektroda chlorosrebrowa

b) redoksowe - utleniająco-redukujące zbudowane z nośnika elektronów (Pt, Au) zanurzonego w roztworze zawierający jakikolwiek układ redoksowy. Przykladem jest elektroda żelazowo-żelazowa.

d) jonoselektywne

zastosowanie membran jonoselektywnych wykazujących wysoką selektywność względem przenikania określonego rodzaju jonów.

II

Literatura:

P.W.Atkins „Chemia fizyczna” PWN 2001 rozdz. 10 str.245-248

G.M.Barrow „Chemia fizyczna” PWN 1971rozdz.23 str.630-635

III

Wykaz substancji chemicznych stosowanych w zadaniu:

roztwór chlorku potasu roztwór siarczanu cynku

roztwór bromku potasu roztwór siarczanu miedzi

roztwór jodku potasu roztwór azotanu srebra

IV

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

---