Paweł Tecmer

2005-03-05

ĆWICZENIE NUMER 3

ENTROPIA MIESZANIA ROZTWORÓW NA PODSTAWIE

POMIARÓW SEM OGNIW STĘŻENIOWYCH

1. Wstęp teoretyczny:

• OGNIWO GALWANICZNE - to układ przetwarzający energię chemiczną w energię elektryczną. Zbudowany z 2 półogniw (elektroda), tak dobranych, że po połączeniu ich przewodem elektrycznym następuje przepływ prądu.

• Ogniwo stężeniowe - to ogniwo powstałe na skutek połączenia dwóch jednakowych elektrod, różniących się jedynie aktywnością materiału elektrodowego albo aktywnością jonów w roztworach elektrodowych. Praca ogniw stężeniowych polega na zachodzeniu dwóch jednakowych reakcji elektrodowych, sterowanych różnicą stężeń reagentów (jonów albo postaci niejonowych tworzących materiał elektrodowy w obydwu elektrodach). Ogniwo może być zbudowane z 2 probówek o pojemności około 15 cm³ z wtopionymi elektrodami platynowymi, pokrytymi czernią platynową, połączonymi za pomocą klucza elektrolitycznego, wypełnionego nasyconym chlorkiem potasu. Chlorek potasu jest stosowany w kluczach elektrolitycznych ze względu na liczbą przenoszenia, równą w przybliżeniu 0,5 dla kationu i anionu. Ogniwo użyte do pomiaru entropii mieszania można przedstawić w następującym schemacie:

K₄[Fe(CN)₆], (n₁) K₄[Fe(CN)₆], (n₂)

(-)Pt Pt(+)

K₃[Fe(CN)₆], (n₂) K₃[Fe(CN)₆], (n₁)

Gdzie: n₁ - to ilość moli dodanego składnika w mieszaniny w roztworze1

W ogniwie tym zachodzi następująca reakcja prądotwórcza:

[Fe(CN)₆]⁴₍₁₎^- + [Fe(CN)₆]^3-₍₂₎ [Fe(CN)₆]^3-₍₁₎ +[Fe(CN)₆]^4-₍₂₎

• SEM (SIŁA ELEKTROMOTORYCZNA OGNIWA ) - to napięcie źródła energii elektrycznego przy odłączonym obciążeniu( gdy ogniwo nie pracuje). Jeśli ze źródła pobierany jest prąd elektryczny I, to SEM źródła E = U + IR_w (U —napięcie na zaciskach źródła, R_w — opór elektryczny źródła). Siła elektromotoryczna ogniwa jest również określana miarą dążenia elektronów w obwodzie zewnętrznym od elektrody lewej do prawej, a anionów od elektrody prawej do lewej. Ze względu na tę właściwość, w schemacie ogniwa, elektrodę ujemną zapisuje się po lewej stronie, a elektrodę dodatnią po prawej stronie. Siłę elektromotoryczną ogniwa oznacza się najczęściej literą E.

W ćwiczeniu numer 3 siłę elektromotoryczną ogniwa oblicza się z następującego wzoru:

, gdzie x₁ - oznacza ułamek molowy K₄[Fe(CN)₆] w roztworze pierwszym(
, n₁ i n₂ są liczbami moli składników 1 i 2).

Dla danego n₁, SEM ogniwa(E), jest określana jako praca przeniesienia 1 mola jonów [Fe(CN)₆]^4-z roztworu pierwszego do roztworu drugiego oraz 1 mola jonów [Fe(CN)₆]^3- z roztworu drugiego do roztworu pierwszego. Poprzez pomiar dla n^*=n₁(n* oznacza stopień zmieszania), w zakresie od 0 do 0,5 otrzymujemy entalpię swobodna mieszania jonów [Fe(CN)₆]^4- z [Fe(CN)₆]^3-:

, przyjmując, że entalpia mieszania jonów [Fe(CN)₆]⁴ i [Fe(CN)₆]^3- wynosi zero, można zapisać:

, wiadomo również, że G^M=-n*FE

Przyrównując obie strony równania i dokonując odpowiednich przekształceń otrzymujemy wzór na entropię mieszania

Całkę powyższą można obliczyć graficznie metodą trapezów, która opiera się na sumowaniu poszczególnych pól trapezu.

Wartość entropii mieszania S^M otrzymuje się z ekstrapolacji
do n*=0.

2. Literatura:

• Sobczyk L., Kisza A., Gatner K., Koll A, „Eksperymentalna chemia fizyczna”, PWN W-wa, 1982, str. 263-271.

• „Encyklopedia PWN”, W-wa, 2002

• Cceynowa J., Litowska M., Nowakowski R., Ostrowska-Czubenko J., „Podręcznik do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej”, UMK, Toruń, 1994, str.40,41.

3. Wykaz substancji chemicznych stosowanych w zadaniu oraz numery kart charakterystyk:

Nazwa	Numer CAS	Charakterystyka zagrożeń
Potasu heksacyjanożelazian (II)	14459-95-1	R: 52/53: Działa szkodliwie na organizmy wodne; może powodować długo utrzymujące się niekorzystne zmiany w środowisku wodnym. S: 50-61: Nie mieszać z kwasami.. Unikać zrzutów do środowiska. Postępować zgodnie z instrukcją lub kartą charakterystyki
Potasu heksacyjanożelazian (III)	13746-66-2	R:nie dotyczy S: nie dotyczy

4. Oświadczenie:

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

……………………………………..

3

---