3- wst¦Öp.doc

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 + IRw (U —napięcie na zaciskach źródła, Rw — 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 GM=-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 SM otrzymuje się z ekstrapolacji do n*=0.

2. Literatura:

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

Ø      „Encyklopedia PWN”, W-wa, 2002

Ø      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:

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.

……………………………………..

5. Cel  wykonania ćwiczenia:

              Celem wykonania ćwiczenia jest dokonanie pomiarów siły elektromotorycznej ogniwa stężeniowego i wyznaczenie na ich podstawie wartości entropii mieszania. Entropię mieszania wyznacza się metodą graficzną ( metoda trapezów).Na podstawie uzyskanych wyników pomiaru SEM należy wyprowadzić zależność na teoretyczną wartość entropii mieszania.

3