arkusz3 1

TECHNOLOGIA CHEMICZNA - SEMESTR IV ARKUSZ III POTENCJOM ETRIA

Półogniwo to układ złożony z przewodnika elektronowego (zwykle metalu) i przewodnika jonowego (zwykle roztworu elektrolitu). Na granicy fazowej pomiędzy oboma przewodnikami powstaje pewien równowagowy skok potencjału elektrycznego. Ogniwo galwaniczne to układ złożony z. dwu półogniw, w którym zachodzi reakcja red-oks, a entalpia swobodna reakcji chemicznej zamieniana jest na pracę prądu elektrycznego, przy czym wymiana elektronów nie zachodzi bezpośrednio pomiędzy reagentami, a poprzez przewodnik elektryczny łączący obie elektrody (przewodniki elektronowe z półogniw). Ogniwo przedstawiane jest w postaci schematu, w którym zamieszczone są wszystkie reagenty z odnotowaniem w postaci indeksów ich stanu (np. stały, ciekły, gazowy, roztwór wodny). Znak | oznacza granicę pomiędzy fazami, znak || klucz elektrolityczny stosowany w celu wyeliminowania potencjału dyfuzyjnego. Siła elektromotoryczna ogniwa (SEM), oznaczana E, to różnica potencjałów na zaciskach ogniwa niepracującego (otwartego), przez które nie płynie prąd elektryczny czyli opór w obwodzie zewnętrznym jest nieskończenie wielki. W tych warunkach zostaje zachowany stan równowagi na granicy międzyfazowej w półogniwach. W zapisie reakcji przebiegającej w ogniwie i schematu ogniwa na podstawie reakcji obowiązują określone reguły.

■    Jeśli mamy zapisany schemat ogniwa, to w prawym półouniwie zachodzi reakcja redukcji (pobieranie elektronów), a w lewym utleniania (oddawanie elektro nów).

■    Jeśli mamy sumaryczną reakcję, to rozdzielamy ją na połówkowe reakcje utleniania i redukcji, a schemat ogniwa zapisujemy tak, aby redukcja zachodziła w prawym półogniwic. a utlenianie w lewym.

• Siła elektromotoryczna jest zawsze różnicą potencjałów prawego i lewego półogniwa.

E = n_p -n,

Zapisując reakcję w ogniwie notujemy zawsze w postaci indeksów stan poszczególnych reagentów, a czasem także dane o ich stężeniach, ciśnieniach, itp.

Jeśli w ogniwie przebiega dowolna reakcja :

aA + bB —» rR + qQ

to jego siła elektromotoryczna wyraża się wzorem Nernsta :

*.*■ ■»B^q

gdzie : E° - standardowa siła elektromotoryczna ; R - stała gazowa (8,3 14 J/molK) ; T - temperatura (wyrażona w kelwinach) ; z - liczba elektronów wymienianych w reakcji ; I -stała Faraday'a (96500 C/mol); a - aktywności poszczególnych reagentów Standardowa siła elektromotoryczna ogniwa to SEM ogniwa, w którym aktywności wszystkicłi reagentów są jednostkowe. Aktywności poszczególnych reagentów wyraża się w rozmaity sposób w zależności od ich stanu.

■ Dla reagentów gazowych, traktowanych jako gazy doskonałe :

Po

gdzie : p* - ciśnienie cząstkowe reagenta ; p„ - ciśnienie standardowe (10⁵ Pa)

■ Dla reagentów stałych i ciekłych :

gdy są czystymi substancjami : aj = 1

gdy są w mieszaninie (np. metal w postaci amalgamatu w rtęci) w pierwszym przybliżeniu :