Data : 2002-05-16	17. Badanie właściwości oksydacyjno-redukcyjnych kompleksu żelaza metodą cyklicznej woltamperometrii	OCENA
				Asystenta	Sprawozdanie
Prowadzący : dr J.Stopa	Wykonujący : Sebastian Guzikowski

Cel ćwiczenia :

Celem ćwiczenia było wyznaczenie standardowego potencjału redoksowego , liczby transferowanych elektronów i sprawdzenie odwracalności procesu dla kompleksu żelaza K₄[Fe(CN)₆] .

Część doświadczalna :

1. Przygotowano roztwory K₄[Fe(CN)₆] o stężeniach 1,2,4,6,8,10 mmol/dm³ przez rozcieńczenie roztworu o stężeniu 0,025 mol/dm³ roztworem KNO₃ o stężeniu 1 mol/dm³ .

Obliczenia :

1mmol - 1000 cm³

x - 25 cm³

x = 0,025 mmola

Roztwór pierwotny zawierał : 25 mmoli kompleksu w 1000 cm³ , to 0,025 mmola kompleksu będzie w 1 cm³ roztworu .

Odmierzono bliczone objętości roztworu pierwotnego i dopełniono roztworem KNO_3­ do 25 cm³ .

2. Dla wszystkich roztworów przeprowadzono pomiar metodą cylkicznej woltamperometrii przy szybkości przemiatania 100 mV/s a dla roztworu o stężeniu 10 mmol/dm³ przeprowadzono pomiary przy szybkości przemiatania 2 , 5 , 10 , 20 , 50 , 100 i 200 mV/s .

Przed każdym pomiarem przepuszczano przez roztwór kompleksu argon w celu usunięcia zawartego w roztworze tlenu , który przeszkadza w oznaczeniu woltamperycznym .

3. Wyniki pomiarów zebrano w tabeli :

	Stężenie -[mmol/dm^3]	Szybkość przemiatania [mV/s]	Ered [mV]	Eutl [mV]	Ired [10^-6A]	Iutl [10^-6A]	Ered-Eutl [mV]	E^o [mV]	Ired/Iutl
	1	100	201	352	2	2,9	-151	478,5	0,689655
	2	100	212	359	5,82	6,41	-147	487,5	0,907956
	4	100	199	351	10,82	12,25	-152	477	0,883265
	6	100	199	350	14,91	16,24	-151	476,5	0,918103
	8	100	198	347	20,84	23,08	-149	474,5	0,902946
	10	5	222	319	8,81	9,21	-97	472,5	0,956569
	10	10	223	326	11,23	11,86	-103	476,5	0,94688
	10	20	215	331	14,41	15,64	-116	475	0,921355
	10	50	203	343	20,55	22,52	-140	475	0,912522
	10	100	197	357	26,13	29,76	-160	479	0,878024
	10	200	187	378	30,43	38,04	-191	484,5	0,799947

4. Dla soli K₄[Fe(CN)₆] reakcja redoks jest procesem odwracalnym o czym świadczą : stosunek I_red/I_utl który jest bliski jedności i otrzymane wykresy I=f(V) .

[Fe(CN)₆]^4- = [Fe(CN)₆]^3- + e^-

5. Na podstawie zależności : E_red-E_utl = 0,059/n gdzie n to liczba transferowanych elektronów , oszacowano liczbę elektronów transferowanych w tym procesie . Podstawiono do równania uśrednioną wartość E_red-E_utl .

n=0,059/(E_red-E_utl)_śr

n=0,059/0,141=0,418 ≈ 1 elektron

6. Obliczono potencjał standardowy badanego układu oraz stałą równowagi :

ΔG=-nFE^o ΔG=-RTlnK

-nFE^o=-RTlnK

lnK=nFE⁰/RT E⁰_tab=0,36V n=1 F=96500 R=8,31 T=298K

lnK = 14,028 K=e^14,028 = 1,23⋅10⁶

7. Zakładając , że elektrodę stalowi dysk platynowy o średnicy 2mm obliczono współczynnik dyfuzji D .

Równanie Randles-Sevcika : I_max=(2,69*10⁵)n^2/3AD^1/2cv^1/2

2r=2mm r=1mm=0,1cm A=πr² = π(0,1)²=0,0314 cm²

c = 10 mmol/dm³ =1*10^-5mol/dm³ v=100mV/s =0,1V/s I_utl=29,76μA

D=I_utl²/[(2,69*10⁵)²n³A²c²v] D=8,856*10^-15/[7,24*10¹⁰ * 1 * 9,86*10^-4 * 10^-10 * 0,1 = 1,2*10^-8

D= 1,2*10^-8 cm²/s

8. Sporządzono wykresy zależności I_utl=f(c) i I_utl =f(v^1/2) . Otrzymane wykresy są liniami prostymi , co oznacza że zostało spełnione równanie Randles-Sevcika .

Dla krzywych woltamperycznych graficznie wyznaczono wartości I_utl oraz I_red a także potencjały im odpowiadające E_utl i E_red . W celu odczytania parametrów zmierzono linijką odpowiednie odległości i przeliczono na odpowiednie wartości .

Dla wykresu FE08100

Potencjał : 700mV - odpowiada 16 cm (błąd pomiaru 1mm= 4,35 mV)

E_utl= 323mV +/- 4,35mV (dla 7,4 cm)

E_red=210mV +/- 4,35mV (dla 4,8 cm)

Natężenie prądu : 59,48 μA - odpowiada 11,9 cm (błąd pomiaru 1mm = 0,5μA)

I_red= -24,49μA +/- 0,5μA (dla 4,9cm)

I_utl= 25,49μA +/- 0,5μA (dla 5,1 cm )

Dla wykresu FE061000

Potencjał : 700mV - odpowiada 16 cm (błąd pomiaru 1mm= 4,35 mV)

E_utl= 336mV +/- 4,35mV (dla 7,7 cm)

E_red=214mV +/- 4,35mV (dla 4,9 cm)

Natężenie prądu : 37,28 μA - odpowiada 11,9 cm (błąd pomiaru 1mm = 0,31μA)

I_red= -15,97μA +/- 0,31μA (dla 5,1cm)

I_utl= 16,6μA +/- 0,31μA (dla 5,3 cm )

Dla wykresu FE061000

---