ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ :ΑΘΑΝΑΣΟΠΟΥΛΟΥ ΕΥΘΥΜΙΑA.M.: 1603ΣΥΝΕΡΓΑΤΕΣ: ΠΑΠΑΠΟΣΤΟΛΟΥ ΧΑΡΙΛΑΟΣ Α.Μ. 1605 ΝΙΚΟΛΟΠΟΥΛΟΣ ΒΑΣΙΛΗΣ Α.Μ.1789ΑΡΙΘΜΟΣ ΑΣΚΗΣΗΣ: 11Ημερομηνία διεξαγωγής του πειράματος :12/11/01Hμερομηνία παράδοσης γραπτής αναφοράς :19/11/01ΤΙΤΛΟΣ ΑΣΚΗΣΗΣ: : XAΡΑΞΗ ΕΥΘΕΙΑΣ TAFEL

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ :

Σκοπός του πειράματος είναι ο υπολογισμός του παράγοντα μεταφοράς , α, και της πυκνότητας του ρεύματος ανταλλαγής J0 με τη βοήθεια του διαγράμματος Tafel. Δηλαδή της γραφικής παράστασης του λογαρίθμου της πυκνότητας ρεύματος έναντι της υπέρτασης.Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούμε διάταξη από την οποία παίρνουμε ζεύγη τιμών της τάσεεως και του ρεύματος(το ρεύμα παίρνει αρχικά θετικές τιμές και έπειτα αρνητικές) για τη χάραξη της ευθείας Tafel. Η διάταξη αποτελείται από δοχείο NaCl 0,1 N τρία ηλεκτρόδια ένα αμπερόμετρο και ένας ποτενσιοστάτης.Ένα είναι το ηλεκτρόδιο εργασίας, το οποίο αποτελείται από ορείχαλκο(κράμα Cu και Zn) και βυθιζόμενο στο διάλυμα εμφανίζει μια τάση.Έπίσης στο διάλυμα βρίσκεται και το ηλεκτρόδιο αναφοράς Ag/AgCl αφού η διαφορά δυναμικού Δε μπορεί να μετρήθει άμεσα αλλά ως προς αυτό το ηλεκτρόδιο καθώς και ηλεκτρόδιο Pt το οποίο είναι απαραίτητο για να δώσει ρεύμα ο ποτενσιοστάτης. To ηλεκτρόδιο αναφοράς λειτουργεί σαν βολτόμετρο για αυτό πρέπει να βρίσκεται κοντά στο ηλεκτρόδιο εργασίας . Αλλάζοντας την τιμή του ρεύματος που διέρχεται από το ηλεκτρόδιο εργασίας , το διάλυμα και το ηλεκτρόδιο Pt μετράμε στο βολτόμετρο κάθε φορά την τιμή της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων εργασίας και αναφοράς .Η υπέρταση στη συνέχεια προκύπτει από την διαφορά των δυναμικών με και χωρίς ροή ρεύματος (J=0) μέσα από το κύκλωμα εργασίας .Ισχύει η σχέση : n=Ε-Εισορ

Η σχέση που συνδέει ένταση και πυκνότητα ρεύματος είναι J=I/AΌπου Α το εμβαδόν του ηλεκτροδίου το οποίο δίνεται από τη σχέση: Α=2πRεξωτ.h+2πRεσωτh με Rεξωτ , Rεσωτ την εξωτερική και την εσωτερική ακτίνα του ηλεκτροδίου αντίστοιχα και h το ύψος του βυθισμένου στο διάλυμα τμήματος του ηλεκτροδίου. Συγκεκριμένα Rεξωτ = 0,65cm ,Rεσωτ =0,50 cm και h=1cm..Άρα Α=7,22 cm2 =0,722*10-3 m2

Διακρίνουμε δύο περιπτώσεις :(1) το ρεύμα είναι ανοδικό (J>0 ,n>0) Στην (1) έχω Εισορ=0,561V(2)το ρεύμα είναι καθοδικό (J<0 ,n<0) Στην (2) έχω Εισορ=0,552V

Ανοδικό λέγεται το ρεύμα όταν ηλεκτρόνια κινούνται από τον ηλεκτρολύτη στο μέταλλο(οξείδωση) και καθοδικό όταν τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από το μέταλλο στον ηλεκτρολύτη (αναγωγή) .

Πίνακας Ι : Περιέχει τις τιμές της έντασης ,τάσης και πυκνότητας ρεύματος και του λογαρίθμου του καθώς και της υπέρτασης για την πρώτη περίπτωση .

A/A E(V) I(A) J(A/m2) ln(J) n(V)1 0,564 0,102 141,274 4,950 0,0482 0,583 0,110 152,354 5,026 0,0673 0,605 0,115 159,279 5,071 0,0894 0,625 0,117 162,049 5,088 0,1095 0,647 0,129 178,670 5,186 0,1316 0,664 0,132 182,826 5,208 0,1487 0,684 0,134 185,595 5,223 0,1688 0,706 0,142 196,676 5,281 0,1909 0,725 0,149 206,371 5,329 0,20910 0,747 0,156 216,066 5,376 0,23111 0,762 0,161 222,992 5,401 0,24812 0,786 0,170 235,457 5,462 0,27013 0,806 0,183 253,402 5,535 0,290

Σχήμα 1:Γραφική παράσταση του λογαρίθμου της πυκνότητας ρεύματος σαν συνάρτηση της υπέρτασης (διάγραμμα Tafel)

H εξίσωση της ευθείας βρίσκεται με τη μέθοδο ελαχίστων τετραγώνων και είναι ίση με y=4,86146+2,24613x με σΑ=0,01174 και σB=0,06343 Γνωρίζουμε ότι όταν η τιμή της υπέρτασης είναι θετική ισχύει ο τύπος:

lnJ =lnJ0+(1-α)fn(1)

όπου J0 η πυκνότητα ρεύματος ανταλλαγής , f=F/RT=39,826 και α ο παράγοντας μεταφοράς .

Συνεπώς lnJ0 =4,86146 και J0= 129,213 Α/m2.

(1-α)f=2,24613 και α=0,944

Στη συνέχεια θα κανουμε την ίδια διαδικασία για τη δεύτερη περίπτωση όπου ισχύει ο τύπος : ln(-J )= lnJ0-αfn (2)Πίνακας ΙΙ: Περιέχει τις τιμές της έντασης , της τάσης και πυκνότητας ρεύματος και του λογαρίθμου του καθώς και της υπέρτασης για την δεύτερη περίπτωση .

A/A E(V) I(A) J(A/m2) ln(-J) n(V)1 -0,119 -0,300 -415,512 6,029 -0,6712 -0,178 -0,327 -452,908 6,116 -0,7303 -0,197 -0,334 -462,604 6,137 -0,7494 -0,219 -0,347 -480,609 6,175 -0,7715 -0,256 -0,366 -506,925 6,228 -0,8086 -0,298 -0,386 -534,626 6,281 -0,8507 -0,317 -0,395 -547,091 6,305 -0,8698 -0,339 -0,405 -560,942 6,329 -0,8919 -0,378 -0,425 -588,643 6,378 -0,93010 -0,417 -0,439 -608,033 6,410 -0,96911 -0,456 -0,459 -635,734 6,455 -1,00812 -0,498 -0,474 -656,509 6,487 -1,05013 -0,517 -0,483 -668,975 6,506 -1,069

Με βάση τις τιμές του πίνακα 2 κάνω το δεύτερο διάγραμμα Tafel :

Σχήμα 2:Γραφική παράσταση του λογάριθμου της πυκνότητας ρεύματος σαν συνάρτηση της υπέρτασης .

H εξίσωση της ευθείας βρίσκεται με τη μέθοδο ελαχίστων τετραγώνων και είναι ίση με y=5,25477-1,18997x με σΑ=0,03066 και σB=0,03473 Εδώ υπέρταση είναι αρνητική οπότε ισχύει ο τύπος (2) .Συνεπώς lnJ0 =5,25477 και J0=191,477 Α/m2. -αf=-1,18997 και α=0,030

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Σφάλματα μπορεί να οφείλονται στο γεγονός ότι οι ενδείξεις του αμπερομέτρου μεταβάλλονται πολύ γρήγορα .

Το γεγονός ότι η μέτρηση της τάσης δεν γίνεται άμεσα μπορεί να είναι πηγή σφαλμάτων.

Η τάση που διαβάζουμε λαμβάνεται με αντίθετο πρόσημο . Ο συντελεστής μεταφοράς παίρνει τιμές μεταξύ 0-1.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικοχημείας IV ,Δρ.Ε.Ντάλας ,Πάτρα 2001

Φυσικοχημεία ,Καραϊσκάκη , Πάτρα 1998