Wyznaczanie funkcji termodynamicznych reakcji z pomiarów SEM ogniwa

Tomasz Dubiel, grupa 1, sekcja 1 biotechnologia, AEI

I. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zestawienie ogniwa podanego w temacie ćwiczenia oraz wyznaczenie SEM tego ogniwa w kilku temperaturach. Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów należy obliczyć wartość współczynnika temperaturowego ogniwa oraz wartości entalpii swobodnej, entropii i entalpii ΔrG, ΔrS, ΔrH reakcji zachodzącej w ogniwie.

II. Wstęp Teoretyczny:

Pomiar siły elektromotorycznej ogniwa pozwala obliczyć entalpię swobodną reakcji zachodzącej w ogniwie (zmianę potencjału termodynamicznego) ∆rG, zgodnie ze wzorem:

gdzie: z - wartościowość jonu w stosunku do którego odnosi się mol reagentów

(liczba moli elektronów równoważna molowi reakcji),

F - stała Faradaya, NA·e, F = 96485,39 (29) [C/mol],

E - siła elektromotoryczna ogniwa [V].

Powyższy wzór (3) umożliwia obliczenie entropii reakcji na podstawie współczynnika temperaturowego siły elektromotorycznej ogniwa.

Znając wartość entropii reakcji można, korzystając z równania:

obliczyć entalpię reakcji w danej temperaturze.

Mierząc wartość siły elektromotorycznej ogniwa i określając jej zależność od temperatury można więc uzyskać dane termodynamiczne dla reakcji zachodzącej w ogniwie.

III. Przebieg ćwiczenia:

1. wyczyściliśmy komory naczynka termostatowego zgodnie z instrukcja, po czym wlaliśmy do środkowej komory wlewamy 8 cm³ nasyconego KNO₃, szczelnie zatyka się komorę korkiem

2. sporządziliśmy roztwory 0.05 molowe z roztworów 0.1 molowych ZnSO₄ i CdSO₄

3. zestawiliśmy ogniwo pomiarowe (zgodnie z instrukcja) i napełniamy wymyte komory 15 cm³ sporządzonych przez nas roztworów.

4. Podłączyliśmy naczynie do kompensatora zasilania, ogniwa Westona, galwanometr i zestawionego ogniwa pomiarowego wykonaliśmy cechowanie.

5. Po wycechowaniu kompensatora wykonywaliśmy pomiary SEM badanego ogniwa w temperaturach podanych w temacie.

6. Po zakończeniu pomiarów i wymyciu naczyńka termostatowanego do środkowej komory z dwoma spiekami, wlaliśmy 8 cm³ wody destylowanej.

IV. Tabelaryczne przedstawienie wyników:

Lp	Temperatura [K]	SEM
1.	293	0,330
2.	303	0,324
3.	313	0,321
4.	323	0,318
5.	333	0,309

Tabela zawierająca dane wyjściowe do obliczeń:

dE/dt	-0,00048
F	96485,39
z	2

Wykonano obliczenia ΔrG, ΔrS, ΔrH dla temperatury 298 K:

SEM = y = -0,00048*298+ 0,4706 [V]

SEM = 0,328 [V]

[ J / mol]

[J /(mol * K)]

[J / mol]

Tabelaryczne zestawienie wyników końcowych(dla temperatur zmierzonych):

Lp.	Zmiana potencjału termodynamicznego [G]	Entropia reakcji [S]	Entalpia reakcji [H]
1	-63680	-92,626	-90820
2	-62523	-92,626	-90588
3	-61944	-92,626	-90936
4	-61365	-92,626	-91283
5	-59628	-92,626	-90472

Wyliczenia zostały dokanane w arkuszu kalkulacyjnym, z pomocą wzorów podanych we wstępie teoretycznym.

Wykres E = f(T) sporządzony na podstawie powyższej tabeli:

y = -0,0005x + 0,4706

V. Wnioski:

Wyniki oraz wykres potwierdzają poprawność wykonania ćwiczenia, co prawda występują tam bardzo niewielkie odchylenia ( punkty stykające się tylko z prostą ), jednak możemy powiedzieć że punkty te należą do jednej prostej.

Niewielki odchylenia mogą być spowodowane poprzez niedokładne sporządzenie roztworów, oraz przez niedokładne wprowadzenie roztworów do probówek znajdujących się w naczyniu termostatującym.

Możemy zauważyć, że każdy z wyników(G,S,H) jest wartością ujemną. Oznacza to, że reakcja ogniwa jest procesem samorzutnym.

---