Materjaliteaduse instituut TTÜ Füüsikalise keemia õppetool Töö 18 Töö pealkiri GALVAANIELEMENDI ELEKTROMOTOORJÕU JA nr (FK) ELEKTROODIPOTENTSIAALIDE MÄÄRAMINE Üliõpilane MIHKEL HEINMAA 094105 Õpperühm YAGB41 Töö teostatud 04/04/2011 Arvestatud Elektromotoorjõu mõõtmise skeem TÖÖ ÜLESANNE Töös valmistatakse galvaanielement ja mõõdetakse selle elektromotoorjõudu. Mõõdetakse ka kummagi elektroodi potentsiaalid võrdluselektroodi - kas kalomel- või hõbehõbekloriidelektroodi suhtes. Mõõdetud suurusi võrreldakse
MATERJALITEADUSE INSTITUUT FÜÜSIKALISE KEEMIA ÕPPETOOL Üliõpilane: Teostatud: Õpperühm: Kontrollitud: Töö nr: 18 Kaitstud: GALVAANIELEMENDI ELEKTROMOTOORJÕU JA ELEKTROODIPOTENTSIAALIDE MÄÄRAMINE SKEEM Tööülesanne: Töös valmistatakse galvaanielement ja mõõdetakse selle elektromotoorjõudu. Mõõdetakse ka kummagi elektroodi potentsiaalid võrdluselektroodi (hõbe-hõbekloriidelektroodi) suhtes. Mõõdetud suurusi võrreldakse Nernsti valemi põhjal arvutatud teoreetiliste väärtustega. Töö käik: Valmistasin ette galvaanielemendi (Cd/CdSO4//KCl//CuCl2/Cu), selleks lahjendasin vastavaid
TTÜ Materjaliteaduse instituut füüsikalise keemia õppetool Töö nr: 18fk Töö pealkiri: GALVAANIELEMENDI ELEKTROMOTOORJÕU JA ELEKTROODIPOTENTSIAALIDE MÄÄRAMINE Üliõpilase nimi ja eesnimi: Õpperühm:KATB-41 Töö teostamise Kontrollitud: Arvestatud: kuupäev:12/02/1 4 Joonis 17. Elektromotoorjõu mõõtmise skeem Töö ülesanne. Töös valmistatakse galvaanielement ja mõõdetakse selle elektromotoorjõudu. Mõõdetakse ka kummagi elektroodi potentsiaalid võrdluselektroodi - kas kalomel- või hõbe- hõbekloriidelektroodi suhtes
Materjaliteaduse instituut TTÜ füüsikalise keemia õppetool Töö nr 18f GALVAANIELEMENDI ELEKTROMOTOORJÕU JA ELEKTROODIPOTENTSIAALIDE MÄÄRAMINE Üliõpilase nimi: Õpperühm: Töö teostamise Kontrollitud: Arvestatud: kuupäev: 05.03.2014 Joon. 17. Elektromotoorjõu mõõtmise skeem Töö eesmärk Töös valmistatakse galvaanielement ja mõõdetakse selle elektromotoorjõudu. Mõõdetakse ka kummagi elektroodi potentsiaalid võrdluselektroodi - kas kalomel- või hõbe- hõbekloriidelektroodi suhtes
MATERJALITEADUSE INSTITUUT FÜÜSIKALISE KEEMIA ÕPPETOOL Üliõpilane: Teostatud: 19.02.2014 Õpperühm: Kontrollitud: Töö nr: F18 Kaitstud: GALVAANIELEMENDI ELEKTROMOTOORJÕU JA ELEKTROODIPOTENTSIAALIDE MÄÄRAMINE SKEEM Tööülesanne: Töös valmistatakse galvaanielement ja mõõdetakse selle elektromotoorjõudu. Mõõdetakse ka kummagi elektroodi potentsiaalid võrdluselektroodi (hõbe-hõbekloriidelektroodi) suhtes. Mõõdetud suurusi võrreldakse Nernsti valemi põhjal arvutatud teoreetiliste väärtustega. Töö käik: Valmistasin ette galvaanielemendi (Cd/CdSO4//KCl//CuCl2/Cu), selleks lahjendasin vastavaid
MATERJALITEADUSE INSTITUUT FÜÜSIKALISE KEEMIA ÕPPETOOL Üliõpilane: Teostatud: Õpperühm: Kontrollitud: Töö nr: 18 Kaitstud: GALVAANIELEMENDI ELEKTROMOTOORJÕU JA ELEKTROODIPOTENTSIAALIDE MÄÄRAMINE SKEEM Tööülesanne: Töös valmistatakse galvaanielement ja mõõdetakse selle elektromotoorjõudu. Mõõdetakse ka kummagi elektroodi potentsiaalid võrdluselektroodi (hõbe-hõbekloriidelektroodi) suhtes. Mõõdetud suurusi võrreldakse Nernsti valemi põhjal arvutatud teoreetiliste väärtustega. Töö käik: Valmistasin ette galvaanielemendi (Cd/CdSO4//KCl//CuCl2/Cu), selleks lahjendasin vastavaid
Galvaanielemendi elektromotoorjõu ja elektroodipotentsiaalide määramine Töö ülesanne: Galvaanielemendi valmistamine ja selle elektromotoorjõu mõõtmine. Ning mõlema elektroodi potentsiaalide mõõtmi võrdluselektroodi suhtes. Mõõdetud suurusi võrdlemine Nersti valemi pähjal arvutatud teoreetilise väärtustega. Tulemused: Katse temperatuur 230C A Element Emõõdet Zn/ZnCl2//KCl//CuCl2/Cu 1,058 1,071 B Element E'mõõdet Zn/ZnCl2//KCl//AgCl/Ag 0,978 -0,742 Ag/AgCl//KCl//CuCl2/Cu 0,093 0,329 C Ioonide Elektrood ...
TTÜ Materjaliteaduse instituut füüsikalise keemia õppetool Töö nr 15 Töö pealkiri Galvaanielemendi elektromotoorjõu ja elektroodipotentsiaalide määramine Üliõpilase nimi ja Õpperühm eesnimi Töö teostamise Kontrollitud: Arvestatud: kuupäev: 06.04.2010 Joonis Elektromotoorjõu mõõtmise skeem TÖÖ ÜLESANNE Töös valmistatakse galvaanielement ja mõõdetakse selle elektromotoorjõudu. Mõõdetakse ka kummagi elektroodi potentsiaalid võrdluselektroodi - kas kalomel- või hõbe- hõbekloriidelektroodi suhtes. Mõõdetud suurusi võrreldakse Nernsti valemi põhjal arvutatud
TTÜ Materjaliteaduse instituut Füüsikalise keemia õppetool Töö nr. FK18 Töö pealkiri: Galvaanielemendi elektromotoorjõu ja elektroodipotentsiaalide määramine Üliõpilase nimi ja eesnimi : Õpperühm: Töö teostamise Kontrollitud: Arvestatud: kuupäev: Tööülesanne Valmistada galvaanielement ja mõõta selle elektromotoorjõudu. Mõõta ka kummagi elektroodi potentsiaalid võrdluselektroodi, hõbe-hõbekloriidelektroodi, suhtes. Mõõdetud suurusi tuleb võrrelda Nernsti valemi põhjal arvutatud teoreetiliste väärtustega. Katse käik Valmistasin galvaanielemendi Cd, CdSO4KClCuCl2,Cu
Galvaanielement seadeldis, kus keemilise reaktsiooni energia muudetakse elektrienergiaks. Koosneb kahest vastavasse elektrolüüdilahusesse paigutatud elektroodist. Omavahel ühendatud metalljuhtmega. Lahused ühendatud elektrolüüdisillaga. Galvaanielemendis on pingereas eespool asuv metall anoodiks ja tagapool asub katoodiks. Gibbsi energia muut määrab reaktsiooni toimumise suuna/spontaansuse. Kui pole tegu standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvust temperatuurist ja kontsentratsioonidest. Keemilised vooluallikad praktilises kasutuses olevad galvaanielemendid, mida kasutatakse elektrivoolu saamiseks. Head vooluallikat iseloomustavad : Suur erimahtuvus ( toodetava energiahulga ja massi/ruumala suhe ) Elektromotoorjõu (klemmipinge) konstantsus vooluallika tühjenemisel Madal sisetakistus (võimaldab saada tugevat voolu) ja hea säilivus.
ioonide poolt seotakse, on katoodil positiivne laeng. Gibbsi energia muut määrab reaktsiooni toimumise suuna/spontaansuse. Iseeneslikult toimub reaktsioon kui E > 0 G < 0. Seega kulgeb redoksreaktsioon suunas, kus kõrgema redokspotentsiaaliga komponent on oksüdeerija ja madalama redokspotentsiaaliga komponent on redutseerija. Elektromotoorjõu mõõtmise kaudu on võimalik arvutada väga täpseid Gibbsi energia väärtusi. Juhul, kui ei ole tegemist standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvustn temperatuurist ja kontsentratsioonidest. Elektrolüüsi võib läbi viia ka sulas soolas. See võimaldab vältida vee elektrolüütilist lagunemist, mis algab 1,7 ... 1,8 voldi juures ja võib takistada muude reaktsioonide kulgemist. Elektrolüüsi kasutatakse mitmete ainete (Li, Na, Al, Cl2) tootmisel, pinnakatete valmistamisel (galvaanika), metallide (Cu) puhastamiseks, jm. Erinevalt elektrivoolust metallides, kus laengukandjateks on elektronid
paaridena me elektroode kombineerime eri galvaanielementideks. Kuna galvaanielementides esinevad elektroodid alati paaridena (katood ja anood), ei ole v~oimalik m¨a¨arata elektroodide "absoluutseid" potentsiaale, vaid alati suhtelisi mingi teise elektroodi suhtes. YKI0020 Keemia alused Toomas Tamm 2011 S 2011/2012 18. Elektrokeemia 6 Vesinikelektrood Elektroodipotentsiaalide skaala kokkuleppeliseks nullpunktiks loetakse vesinik- elektroodi potentsiaali: Pt 11 00 00 11 00 11 11 00 00
Erijuhtivus- on eritakistuse pöördväärtus. 10. Ekvivalentjuhtivus - Lahuse ekvivalentjuhtivuseks nimetatakse sellise lahusekihi juhtivust, mis sisaldab 1 g-ekvivalendi elektrolüüti ja asub elektroodide vahel, mille vahekaugus on 1 m. Ekvivalentjuhtivuse ühikuks on S m2/ g-ekv ja ta avaldub valemiga = k/1000n III. Ülekandearvud teatavat liiki ioonide poolt edasikantav suhteline energia hulk. 18. Galvaanielemendi elektromotoorjõu ja elektroodipotentsiaalide määramine 1. Galvaanielemendid - Galvaanielement ehk element on Luigi Galvani järgi nime saanud elektrivoolu allikas, mis muudab keemilise energia vahetult elektrienergiaks. Esimese galvaanielemendi ehitas 1799. aastal Luigi Galvani katsetest lähtuvalt Alessandro Volta.Galvaanielement on ühekordse kasutusega, erinevalt akust ei saa seda uuesti laadida.Galvaanielement koosneb
vabaneva energia (saadakse erinevate potentsiaalidega elektroodide ühendamisel) arvel tekib elektrivool => keemilise reaktsiooni energia muudetakse elektrienergiaks Galvaanielement _ Element koosneb kahest vastavasse elektrolüüdilahusesse paigutatud elektrodist _ Elektrodid on omavahel ühendatud metalljuhtmega _ Elektrolüüdilahused on ühendatud elektrolüüdisillaga Anoodil (tsinkelektrood): Zn oksüdeerimine Katoodil (vaskelektrood): Cu redutseerumine Elektroodipotentsiaalide vahet (pinge elektroodide vahel) nimetatakse galvaanielemendi elektromotoorjõuks Gibbsi energia muut määrab reaktsiooni toimumise suuna/spontaansuse. Juhul, kui ei ole tegemist standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvust temperatuurist ja kontsentratsioonidest. Standardpotentsiaalide kasvu järjekorras paigutatud metallelektroodid moodustavad metallide pingerea.
Entroopia mõõtmiseks kasutatakse entroopia termodünaamilist definitsiooni ja TD III seadust: S(T)=S(0)+DeltaS(soojend.0 KT) 31. Gibbsi vabaenergia, reaktsiooni suuna ja tasakaalu kriteeriumid. Gibbsi vabaenergia on olekufunktsioon. Gibbsi vabaenergia absoluutväärtust ei saa mõõta, küll aga tema muutust. Gibbsi energia muut määrab reaktsiooni toimumise suuna/spontaansuse. Juhul, kui ei ole tegemist standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvust temperatuurist ja kontsentratsioonidest. 32. Gibbsi vabaenergia arvutamine. DeltaG=DeltaH-T DeltaS ja DeltaG=-TDeltaSsum 33. Keemiline potentsiaal. Keemiline potentsiaal iseloomustab aine liikumist (üleminekut) kõrgema potentsiaaliga olekust madalama potentsiaaliga oleku poole. Tasakaaluolekus on keemilised potentsiaalid võrdsed. 34. Keemiline tasakaal, tasakaalukonstantide erinevad avaldusvormid.
Entroopia mõõtmiseks kasutatakse entroopia termodünaamilist definitsiooni ja TD III seadust: S(T)=S(0)+DeltaS(soojend.0 K→T) 59. Gibbsi vabaenergia, reaktsiooni suuna ja tasakaalu kriteeriumid. Gibbsi vabaenergia on olekufunktsioon. Gibbsi vabaenergia absoluutväärtust ei saa mõõta, küll aga tema muutust. Gibbsi energia muut määrab reaktsiooni toimumise suuna/spontaansuse. Juhul, kui ei ole tegemist standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvust temperatuurist ja kontsentratsioonidest. 60. Gibbsi vabaenergia arvutamine. DeltaG=DeltaH-T DeltaS ja DeltaG=-TdeltaSsum 61. Keemiline potentsiaal. Keemiline potentsiaal iseloomustab aine liikumist (üleminekut) kõrgema potentsiaaliga olekust madalama potentsiaaliga oleku poole. Tasakaaluolekus on keemilised potentsiaalid võrdsed. 62. Keemiline tasakaal, tasakaalukonstantide erinevad avaldusvormid.
Leelis- ja leelismuldmetallid reageerivad veega toa temperatuuril enamus metallidega mis on vähem aktiivsed reageerivad ainult kuumutamisel võiveeauruga. Lahjendatud H2SO4 ja HCl reageerivad metallidega mis asuvad metallide pingereas enne vesinikku. 50. metallide elektrokeemilise aktiivsuse pingerida ja selle rakendus keemias. Keemilise aktiivsuse rida on loetelu elementides mis on reastatud nende keemilise aktiivsuse järgi. Pingerida on loetelu elementides mis on reastatud nende elektroodipotentsiaalide järgi. Metallide pingerida Nõrgad Aktiivsed metallid K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni H2 Cu Ag Hg Au redutseerija (tugevad redutseerijad) SnPb d Hapetega Tõrjuvad hapetest vesiniku välja, andes Ei tõrju hapetest .
Iseeneslikult toimub reaktsioon kui ΔE (elektromotoorjõud) > 0 ΔG < 0. Seega kulgeb redoksreaktsioon suunas, kus kõrgema redokspotentsiaaliga komponent on oksüdeerija ja madalama redokspotentsiaaliga komponent on redutseerija. Elektromotoorjõu mõõtmise kaudu on võimalik arvutada väga täpseid Gibbsi energia väärtusi. Juhul, kui ei ole tegemist standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvust temperatuurist ja kontsentratsioonidest. 35. Gibbsi vabaenergia arvutamine. H – soojusefekti muut T –temperatuur Kelvinites G – Gibbsi vabaenergiamuut S – entroopia muut Keemiline tasakaal ja kineetika 36. Keemilise reaktsiooni tasakaal. Pöörduvate reaktsioonide korral: Kui tingimused ei muutu, kulgevad reaktsioonid olekuni, kus vastassuunaliste
DeltaS on suurem kui 0. Entroopia kasvab: sulamisel, aurustumisel, T-i tõstmisel, gaasi paisumisel, tahke aine lahustumisel jne 36. Gibbsi vabaenergia, reaktsiooni suuna ja tasakaalu kriteeriumid. Keemiline tasakaal ja kineeteika Gibbsi vabaenergia on olekufunktsioon. Gibbsi vabaenergia absoluutväärtust ei saa mõõta, küll aga tema muutust. Gibbsi energia muut määrab reaktsiooni toimumise suuna/spontaansuse. Juhul, kui ei ole tegemist standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvust temperatuurist ja kontsentratsioonidest. 37. Keemilise reaktsiooni tasakaal. Kui tingimused ei muutu, kulgevad reaktsioonid olekuni, kus vastassuunaliste reaktsioonide kiirused saavad võrdseks, ainete kontsentratsioonid enam ajas ei muutu ja tekkinud segus on sõltuvalt tingimustest rohkem või vähem kõiki reaktsioonis osalevaid aineid (6. Loengu slaidid). Keemilise tasakaalu tunnused: 1. Toimuvad nii päri- kui ka vastassuunaline reaktsioon
absoluutväärtust. Faraday konstandi väärtus on 96 485,3415 C/mol (teistel andmetel 96 485,3383 C/mol). Faraday arv saadakse Avogadro arvu korrutamisel elektroni laenguga. Elektrolüüsil katoodil ja anoodil toimuvad reaktsioonid. atood (kreeka k kathodos tee allapoole) on elektriseadme elektrood, millelt väljuvad negatiivse elektrilaengu kandjad elektronid või anioonid ja liiguvad seadme sees vastaselektroodile anoodile. Elektroodipotentsiaalide seisukohast on anioonide liikumisega samaväärne katioonide liikumine anoodilt katoodile. Elektrokeemilise seadme elektroodid[1] Seade Anood Katood Galvaanielement, Miinuselektrood (-) Plusselektrood (+) kütuseelement Oksüdatsioon Reduktsioon Elektrolüüsiseade, Plusselektrood (+) Miinuselektrood (-) 13
enegiabialansi. Kütuste põlemissojusi e.mütteväärtusi tuleb astunud lahus, kus on rohkem ainet, kui on tema lahustuvus. Lahuse- Potentsiaalide vahet metalli ja ümbritseva lahuse vahel nim. arvestada soojusseadmete ja mootorite konstrueerimisel. sse viidud väike kristallike kutsub sel juhul esile üleküllastunud elektroodipotentsiaaliks. Elektroodipotentsiaalide suhtelisi 5.4 Entroopia (S). lahuses lahustunud aine kristallisatsiooni. Lahutunud aine hulka väärtusi mõõdetakse võrdluselektroodi, nimelt H-elektroodi abil, Protsesside suuna ja tasakaalu olekud määrab termodünaamika kindlas hulgas lahuses või lahustis nim. lahuse kontsentratsiooniks. mille potentsiaali loetakse tinglikult võrdseks 0-ga.
võrrandeid nim. termokeemia võrranditeks. Reaks-i soojusefekt peenest-ne ei ole võimalik, kuna siis tek lahused. Potentsiaalide vahet met-i ja ümbritseva lahuse vahel nim. olenb välisting-st (temp-st,rõhust). Et reakts-e saaks omavah võrr, 6.2 Lahuste kontsentratsioonide väljendusviise. Ainete elektroodipotentsiaaliks . Elektroodipotentsiaalide suhtelisi esit käsiraamatuses soojusefektide väärtused standard tingte jaoks. lahustuvus. Tahke aine lahustumisel vedelikus lahkuvad aine väärtusi mõõd-se võrdluselektroodi, nimelt H-elektroodi abil, 5.3 Hessi seadus. Reakts-de soojusefektid olid võrdsed oleku pinnalt mokd ja ioonid ja jaot-d difusiooni tõttu ühtl-lt lahustis. Kui mille potentsiaali loet tinglikult = 0-ga. Metallelektroodi fun-de muutudega
tekib tasakaalu olukord. Sellele vastavat elektroodipotentsiaali nim. tasakaalupotentsiaaliks. Elektroodipotentsiaali väärtus sõltub metalli omadustest, tema ioonide kontsentratsioonist lahuses ja lahuse temperatuurist. Kui metallist varras (elektrood) panna lahusesse, mis sisaldab selle metalli ioone (näit. tsinkvarras tsinksulfaadi lahuses), siis läheb lahusesse vähem ioone, kui puhtasse vette, ja seda vähem, mida suurem on ioonide kontsentratsioon lahuses. Kuna elektroodipotentsiaalide absoluutseid väärtusi on raske mõõta, kasutatakse suhtelist potentsiaali -võrdlust mingi kindla kokkuleppelise elektroodiga, milleks on vesinikelektrood (vt joonist), mõõtes potentsiaali juba nende kahe erineva elektroodi vahel. Vesinikelektrood koosneb plaatina traadist, mida mööda liiguvad elektronid ja mis on elektrijuhiks välisahela alguses, ning plaatina plaadist. Plaatina plaadil toimub kas vesiniku
• Mittepöörduv ΔS>q/T 36. Gibbsi vabaenergia, reaktsiooni suuna ja tasakaalu kriteeriumid. Vt ka küsimus 29. Gibbsi energia on termodünaamiline potentsiaal, mis iseloomustab tööd, mida termodünaamiline süsteem suudab teha konstantsel temperatuuril ja rõhul. Gibbsi vabaenergia absoluutväärtust ei saa mõõta, küll aga tema muutust. Gibbsi energia muut määrab reaktsiooni toimumise suuna/spontaansuse. Juhul, kui ei ole tegemist standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvust temperatuurist ja kontsentratsioonidest. Püsival rõhul ja temperatuuril saavad spontaanselt toimuda vaid need protsessid (keemilised reaktsioonid), mille Gibbsi energia väheneb. Seega kulgeb iga protsess iseeneslikult vabaenergia vähenemise suunas (ΔG < 0). KEEMILINE TASAKAAL JA KINEETIKA 37. Keemilise reaktsiooni tasakaal. Tasakaalus olev süsteem ei muutu päri- ega vastassuunas, kuni talle ei rakendata välist mõju. Dünaamilise
annaabi.ee 
