DEPENDENTA TENSIUNII ELECTROMOTOARE DE CONCENTRATIA SOLUTIILOR DE ELECTROLIT

Dependenta tensiunii electromotoare de concentratia solutiilor de electrolit

Dispozitivele alcatuite prin legarea in serie a doi electrozi in care ia nastere energie electrica ca urmare a unor reactii de oxidoreducere se numesc celulele galvanice (pile electrice). In pilele electrice electrodul pe care are loc reactia de oxidare (de ionizare a metalului) reprezinta anodul, iar cel pe care are loc o reactie de reducere este catodul. Cand anodul si catodul este unit prin electrolit (in interior ) si in exterior prin intermediul unui voltmetru electronic, multimetru, acesta masoara diferenta de potential dintre cei doi electrozi numita tensiune electromotoare (t.e.m.) notata cu E. Pilele electrice sunt prezentate schematic prin lanturi electrochimice. In lantul electrochimic o linie verticala desemneaza interfata de separare solid (metal)/ lichid (solutie de electrolit),iar doua linii verticale reprezinta interfata de separare a doua lichide (a doua solutii de electrolit). Semnul anodului si catodului se atribuie diferit in conventia europeana fata ce cea americana. Reactiile la anod sunt aceleasi indiferent de conventia de semn. Diferenta provine din faptul ca in conventia europeana electrodului M/solutie i se atribuie semnul metalului, iar in conventia americana aceluiasi electrod i se atribuie semnul solutiei . La cursul si laboratorul de Chimie Generala se foloseste conventia europeana. Celulele galvanice pot fi reversibile sau ireversibile dupa cum reactiile la cei doi electrozi sunt reversibile sau ireversibile.

Exemplu de pila electrica ireversibila- pila Volta :

(-)Zn/H₂SO₄/ Cu(+) in cadrul careia au loc urmatoarele reactii la electrozi

la anod (-)

la catod (+)

reactia globala

Exemplu de pila reversibila- pila Daniell- Iacobi

Luand ca exemplu pila Daniell-Iacobi conventia europeana desemneaza:

anod (-) Zn/ZnSO₄ // CuSO₄/ Cu(+) catod,

iar cea americana:

anod (+) Zn/ZnSO₄ // CuSO₄/ Cu(-) catod

T.e.m este constanta in timpul debitarii si este egala cu suma algebrica a potentialelor de electrod

E=φ₊+(−φ_-) deci E=φ₊−φ_-

Principiul lucrarii Tinand seama de expresia potentialelor de electrod dupa Nernst:

relatia (1) devine:

unde sunt potentialele standard ale catodului respectiv anodului, iar a₊ si a_- sunt activitatile ionilor din solutiilor la catodic respectiv la anodi, z =numarul de electroni in reactia la anod si la catod. F cifra lui Farada = 76500Asec

Pila Daniell -Iacobi se reprezinta prin lantul electrochimic:

In cazul functionarii pilei Daniell au loc reactiile:

Reactia globala de descarcare care genereaza curent electric reprezinta suma algebrica a reactiilor de la anod si catod.

Tensiunea electromotoare a pilei Daniell -Iacobi se deduce din relatia:

Aparatura si substante. Electrozi de Zn, electrozi de Cu; solutii de ZnSO₄ si CuSO₄ 1m si 0,1m, milivoltmetr electronic, punti de sare alcatuite din fasii de hartie de filtru umezite cu solutie KCl

Mod de lucru Se curata placutele metalice (electrozii) de Cu si Zn cu hartie metalografica. Se pregatesc paharele berzelius cu solutii de ZnSO₄ si CuSO₄ de concentratie cunoscuta intre care se pune o punte de sare ( o fasie de hartie de filtru imbibata cu KCl) Se alcatuiesc urmatoarele elemente galvanice:

Se masoara tensiunea electromotoare a elementelor galvanice realizate direct cu ajutorul instrumentului universal

Calcule si rezultate. Valorile determinate experimental se compara cu cele calculate cu ajutorul relatiei lui Nernst; stiind ca a =f c, iar coeficientii de activitate (f) au valorile din tabelul de mai jos.

Valorile factorului de activitate

Interpretarea rezultatelor. Rezultatele se prezinta sub forma de tabel:

Se va discuta pentru ce concentratii t.e.m. trebuie sa fie egale. Se vor aprecia valorile t.e.m obtinute comparandu-le cu cele calculate cu ajutorul relatiei lui Nernst.

Tema de casa

1. Sa se scrie reactiile la anod si la catod precum si reactia de descarcare pentru celula galvanica:

(-) Ni /NiSO₄ //Ag NO₃/Ag (+)

. Sa se calculeze constanta de echilibru a reactiei: , stiinda ca pila Daniell are o tensiune electromotoare egala cu 1,1V

Obs: ;

.a) Sa se calculeze entalpia libera standard DG⁰ exprimata in calorii a urmatoarei reactii de echilibru:

b)      sa se scrie lantul electrochimic al pilei electrice reversibile a carei reactie de descarcare este reactia de mai sus

c)      sa se scrie reactiile la anod si la catod;

d)      sa se stabileasca polaritatea pilei in conventia europeana si in cea americana, daca se cunosc potentialele standard

_{4. Cunoscandu-se valorile potentialelor standard a catorva electrozi metalici, sa se propuna vcateva cupluri de pile electrice a caraor tensiune electromotoare E sa aiba valoarea 1V ( 0,1V)}