Łódź dn. 2 kwietnia 2003.
Michał Żydek
LABOLATORIUM
CHEMIA FIZYCZNA
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 51.
Temat ćwiczenia: Pomiar siły elektromotorycznej SEM.
Ogniwo jest to układ dostarczający energię elektryczną w wyniku zachodzącego w nim procesu termodynamicznego. Ogniwo składa się z dwóch półogniw połączonych ze sobą tak , aby była możliwa wymiana ładunków pomiędzy nimi . Półogniwo jest złożone z elektrody (przewodnika elektronów) zanurzonej w roztworze zawierającym odpowiedni rodzaj jonów. W przypadku ogniwa chemicznego oba półogniwa są różne (inne elektrody i rodzaje jonów), a w ogniwie stężeniowym - elektrody i rodzaje jonów są takie same, lecz różne stężenia roztworów. Pomiędzy elektrodami istnieje różnica potencjałów. Gdy ogniwo nie dostarcza prądu („ogniwo otwarte” ) różnica potencjałów elektrod nosi nazwę siły elektromotorycznej E. Pomiaru SEM dokonuję metodą kompensacyjną , której istota polega na tym, że SEM badanego ogniwa kompensuje się (równoważy) różnicą potencjałów równą co do wielkości, lecz o przeciwnym znaku. Dzięki temu ogniwo nie pracuje podczas pomiaru. SEM (EX) obliczam ze wzoru :
gdzie: Rx i Rw - opory oporników które trzeba wyznaczyć, na końcach których istnieją różnice potencjałów równe odpowiednio Ex i Ew.
Wykonując pomiary metodą kompensacyjną należy uwzględnić, że podczas poszukiwania punktu kompensacji ogniwo pracuje albo jest elektrolizowane. W obu przypadkach elektrody ulegają polaryzacji i ich potencjały się zmieniają. Odtworzenie właściwych wartości potencjałów wymaga pewnego czasu, tym dłuższego, im roztwór jest mniej stężony.
Zgodnie z definicją SEM ogniwa E wynosi :
E = Π2 (prawa) - Π1 (lewa)
Gdzie π2 , π 1 oznaczają potencjały elektrod zapisanych odpowiednio z prawej i lewej strony schematu .
Pomiędzy SEM a aktywnością elektrolitu istnieje zależność , co pozwala wyznaczyć średnie współczynniki aktywności jonowej na podstawie pomiarów potencjometrycznych.
(wzór na średnie stężenie molarne)
ν1 , ν2 ,-współczynniki stechiometryczne
Średnia aktywność elektrolitu wynosi : 
E wynosi więc: 
gdzie a+, a- ,z1, z2 - odpowiednio aktywności i wartościowości jonów w półogniwach prawym i lewym.
Wykonianie doświadczenia:
Sporządziłem roztwory ZnCl o stężeniach podanych przez prowadzącego zajęcia. Stężenia miały następujące wartości 1; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2 [mol/dm3]. Następnie wykonałem po trzy pomiary dla ogniwa badanego i ogniwa Westona dla każdego z roztworów. Pomiary były wykonane z odstępami czasu. Uzyskane wyniki przedstawione są w tabeli:
Ogniwo |
Opór [Ω] |
SEM [V] zmierzone |
||||
|
R1 |
R2 |
R3 |
Rśr |
|
|
1,0 [mol/dm3] |
Badane |
642 |
642 |
642 |
642,00 |
0,983 |
|
Westona |
664 |
665 |
666 |
665,00 |
1,018 |
0,8 [mol/dm3] |
Badane |
641 |
640 |
641 |
640,67 |
0,984 |
|
Westona |
662 |
663 |
664 |
663,00 |
|