ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ : ΒΡΑΝΑ ΓΚΕΝΙΣ Α . Μ : 3224

ΣΥΝΕΡΓΑΤΕΣ : ΛΕΩΝΙΔΑΣ ΒΡΟΥΛΟΣ

ΑΘΑΝΑΣΙΑ ΚΑΤΣΑΡΟΥ

ΤΙΤΛΟΣ ΑΣΚΗΣΗΣ: ΕΞΑΡΤΗΣΗ ΤΗΣ ΤΑΣΗΣ ΗΛΕΤΡΟΧΗΜΙΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ (EMF) ΑΠΟ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ

ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΔΙΕΞΑΓΩΓΗΣ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ: 26/11/14

ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ ΤΗΣ ΑΝΑΦΟΡΑΣ: 3/12/14

ΘΕΩΡΙΑ:

-Σε αυτήν την άσκηση χρησιμοποιούμε το ακόλουθο ηλεκτροχημικό στοιχείο:

Ag | AgCl | H+Cl- (aq, c) | Hg2Cl2 | Hg

Που αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια αναφοράς και ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη

-Η αλλαγή κατάστασης σε αυτό, που συμβαίνει ταυτόχρονα με τη διέλευση ρεύματος, περιγράφεται από την αντίδραση:

2Ag + Hg2Cl2 2AgCl +2Hg

Και τις επιμέρους αντιδράσεις:

Άνοδος (οξείδωση): 2Ag + 2Cl- 2AgCl +2e-

Κάθοδος (αναγωγή): 2e- + Hg2Cl2 2Hg + 2Cl-

-Κάτα τη διάρκεια της λειτουργίας του στοιχείου , υπό σταθερή πίεση και θερμοκρασία, υπάρχει εμφάνιση μόνο ηλεκτρικού έργου και έργου εκτόνωσης ενώ ισχύει

ΔG = -nEF (1)

Όπου ΔG η αύξηση της ελεύθερης ενέργειας του συστήματος που ακολουθεί διέλευση n faradays φορτίου μέσα από το στοιχείο. Ακόμη F είναι η σταθερά Faraday και E η ηλεκτρεγερτική δύναμη του στοιχείου.

-Εξίσωση Gibbs-Helmholtz: ( ΘΘΤ GΤ ) p=−ΗΤ2

(2)

Η οποία εύκολα γίνεται:

[ θ ( ΔGT )

Θ(1Τ

) ] p=ΔH (3)

-Αν γνωρίζουμε ΔG και ΔH μπορούμε να βρούμε το ΔS από τη σχέση:

ΔG = ΔΗ – ΤΔS (4)

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ:

1) Στερεώνουμε το στοιχείο μας (γυάλινο δοχείο σχήματος U που περιλαμβάνει τα 2 ηλεκτρόδια αναφοράς και το ηλεκτρολυτικό μας διάλυμα, HCl 0,1M και έχει απαερωθεί μέσω καθαρού αζώτου) μέσα σε θερμοστατούμενο διπλότοιχο στοιχείο.

2) Συνδέουμεσε αυτό ένα υψηλής εσωτερικής αντίστασης εισόδου βολτόμετρο (1012 Ω) για να διαταράσσεται η ηλεκτροχημική ισορροπία του στοιχείου.

3) Ανοίγουμε τον αναδευτήρα4) Ανοίγουμε το θερμοστάτη και κάνουμε set τη θερμοκρασία από

το λευκό διακόπτη και το μαύρο κουμπί, στην πρώτη θερμοκρασία γύρω στους 20.8 οC .

5) Μετράμε τη θερμοκρασία στο στοιχείο με θερμόμετρο. Όταν σταθεροποιείται η θερμοκρασία στο στοιχείο μας (όχι όταν φτάσει τη θερμοκρασία του θερμοστάτη) αρχίζουμε να παίρνουμε μετρήσεις του μιλοβολτόμετρου για περίπου 1 λεπτό, με ειδικό πρόγραμμα υπολογιστή. Από αυτές τις μετρήσεις θα πάρουμε τη μέση τιμή της τάσης για τους υπολογισμούς μας παρακάτω.

6) Εν συνεχεία αλλάζουμε θερμοκρασία στο θερμοστάτη κάτα 5-6 οC και επαναλαμβάνουμε το στάδιο 5.

7) Με το πέρας της ασκήσεως κλείνουμε το θερμοστάτη και θέτουμε το set γύρω στους 25 οC.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ – ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ:

Α) Πίνακας μετρήσεων θερμοκρασίας και τάσης του στοιχείου:

α/α Τ (οC) T ( K) Ε (mV)1 20.3 293.45 16.872 25.3 298.45 15.093 30.2 303.35 13.724 36.1 309.25 12.24

Β) Γραφική παράσταση της τάσης του στοιχείου έναντι της απόλυτης θερμοκρασίας.

Η ευθεία προσαρμόζεται αρκετά καλά στα πειραματικά μας σημεία άρα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την κλίση της ευθείας η οποία ταυτίζεται με το (ΘΕ/ΘΤ)p στους 298.15 Κ.

-Άρα (ΘΕ/ΘΤ)p =( -0.29093 ± 0.01719 ) = -0.291 ± 0.017

-Επίσης από την εξίσωση της ευθείας μπορούμε να βρούμε την τιμή Ε στους 298.15 Κ

Y= 102 -0.29 X E = 102 – 0.29 (298.15) = 15.54

Άρα στους 298.15 Κ Ε= 15.54 mV

- Από τη σχέση (1) μπορούμε να υπολογίσουμε το ΔG. Όπου n = 1 και F = 96.487 C/mol και Ε(298.15 Κ) =15.54 mVΔG(298.15 K) = -nEF = - 1,5 kJ/mol

Γ)Πίνακας που περιέχει θερμοκρασίες Τ, τάσεις Ε, μεταβολές ελεύθερης ενέργειας Gibbs ΔG, τον όρο ΔG/T και τον όρο 1/Τ.

α/α Τ (Κ) Ε (mV) ΔG(J/mol) ΔG/T (J/mol K) 1/T (K-1)1 293.45 16.87 -1628 -5.548 3.408 x10-32 298.45 15.09 -1456 -4.879 3.351 x10-33 303.35 13.72 -1324 -4.365 3.297 x10-3

4 309.25 12.24 -1181 -3.819 3.234 x10-3

Δ)Γραφική παράσταση του όρου ΔG/T έναντι του όρου 1/Τ (x10-3)

Η ευθεία είναι της μορφής y=ax +b όπου χ=1/τ, y= ΔG/T, b= μία σταθερά και α=ΔΗ (από σχέση (3) )

Άρα ΔH = -9788 J/mol

-Από τη σχέση (4) βρίσκουμε την τιμή του ΔS στους 298.15ΚΔG(298.15K) = ΔΗ – ΤΔS ΔS = (ΔH – ΔG(298.15K))/T ΔS = (-9788 J/mol + 1500J/mol) / 298.15 K

ΔS = -27.8 J mol-1 K-1

ΔS<0, ΔG<0 άρα οι χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα είναι αυθόρμητες.

ΣΧΟΛΙΑ - ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ1) Οι κραδασμοί παντός είδους διαταράσσουν την ισορροπία του

ηλεκτροχημικού στοιχείου. Προσπαθήσαμε να τους αποφύγουμε αλλά λόγω των συνθηκών επιτέλεσης του πειράματος είναι δυνατόν να συνέβησαν και να δημιούργησαν σφάλμα στο αποτέλεσμά μας.

2) Ήταν σημαντικό να σιγουρευόμαστε ότι έχει επέλθει θερμική ισορροπία, προσέξαμε ιδιαιτέρως να μην μεταβληθεί η θερμοκρασία του στοιχείου μας κατά τη διάρκεια καταγραφής μετρήσεων της τάσης από τον υπολογιστή.

3) Το ότι το ΔS και το ΔG είναι αρνητικά μας δείχνουν ότι η οξειδοαναγωγική διαδικασία που συμβαίνει στο ηλεκτροχημικό μας στοιχείο είναι αυθόρμητη και παράγει ηλεκτρικό ρεύμα, δηλαδή το στοιχείο μας είναι Γαλβανικό. Αυτό προφανώς το γνωρίζαμε μιας και μετράγαμε την τάση του ρεύματος χωρίς εμείς οι ίδιοι να προσφέρουμε ενέργεια ή ρεύμα στο στοιχείο μας.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1) Δρ.Ε.Ντάλας-Δρ.Α.Χρυσανθόπουλος,“Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικοχημείας ΙV”, Πάτρα 2011 ,Σελ.52-54