Elektrokémia 02. Elektrokémiai cella, Kapocsfeszültség, Elektródpotenciál, Elektromotoros erő. Láng Győző

Hasonló dokumentumok
Elektrokémia Kiegészítés a praktikumhoz Elektrokémiai cella, Kapocsfeszültség, Elektródpotenciál, Elektromotoros erı.

Elektrokémia 02. (Biologia BSc )

ELEKTROKÉMIA GALVÁNCELLÁK ELEKTRÓDOK

Elektrokémia 03. Cellareakció potenciálja, elektródreakció potenciálja, Nernst-egyenlet. Láng Győző

AZ IONKONCENTRÁCIÓ POTENCIOMETRIÁS MEGHATÁROZÁSA IONSZELEKTÍV ELEKTRÓDOK ALKALMAZÁSÁVAL

EA. Elektrokémia alap mérés: elektromotoros erő és kapocsfeszültség mérése a Daniell cellában, az EMF koncentráció függése

Alapvető elektrokémiai definíciók

Elektrokémia 03. (Biologia BSc )

8.1. Galváncella (elektrokémiai cella) elektromotoros erejének mérése

Elektrokémia 05. Elektródreakciók kinetikája. Láng Győző. Kémiai Intézet, Fizikai Kémiai Tanszék Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest

Elektrokémia 05. Elektródreakciók kinetikája. Láng Győző. Kémiai Intézet, Fizikai Kémiai Tanszék Eötvös Loránd Tudományegyetem

Elektrokémiai fémleválasztás. Alapok: elektródok és csoportosításuk

HIBAJEGYZÉK az Alapvető fizikai kémiai mérések, és a kísérleti adatok feldolgozása

VÁLASZOK A FIZKÉM I ALAPKÉRDÉSEKRE, KERESZTÉVFOLYAM 2006

SZÁMOLÁSI FELADATOK. 2. Mekkora egy klíma teljesítménytényező maximális értéke, ha a szobában 20 C-ot akarunk elérni és kint 35 C van?

Az entrópia statisztikus értelmezése

Termodinamikai bevezető

KLASSZIKUS TERMODINAMIKA

Mechanizmusok vegyes dinamikájának elemzése

Ezt kell tudni a 2. ZH-n

Elektrokémia 04. Cellareakció potenciálja, elektródreakció potenciálja, termodinamikai paraméterek meghatározása példa. Láng Győző

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Általános Kémia, 2008 tavasz

JELEK ÉS RENDSZEREK PÉLDATÁR

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

7 Elektrokémia. 7-1 Elektródpotenciálok mérése

Gingl Zoltán, Szeged, szept. 1

A REAKCIÓKINETIKA ALAPJAI

A szita formula és alkalmazásai. Gyakran találkozunk az alábbi kérdéssel, sokszor egy összetett feladat részfeladataként.

A standardpotenciál meghatározása a cink példáján. A galváncella működése elektrolizáló cellaként Elektródreakciók standard- és formálpotenciálja

4. Blokk Az elektrolízis tanulmányozása kémia BSc II. a leírást készítette: Vesztergom Soma

Fizika labor zh szept. 29.

3. előadás Reaktorfizika szakmérnököknek TARTALOMJEGYZÉK. Az a bomlás:

Gingl Zoltán, Szeged, :41 Elektronika - Váltófeszültségű házatok

Dr. Tóth László, Kombinatorika (PTE TTK, 2007)

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

A Ga-Bi OLVADÉK TERMODINAMIKAI OPTIMALIZÁLÁSA

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Egy negyedrendű rekurzív sorozatcsaládról

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

Reakciókinetikai modellezés

Elegyek. Fizikai kémia előadások 5. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet. Elegyedés

ELTE II. Fizikus, 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Hıtan 15. (XII.14) Irreverzibilis termodinamika Diffúzió

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás VI

Spontaneitás, entrópia

A feladatok megoldása

A JÓLÉTI ÁLLAM KÖZGAZDASÁGTANA

A klasszikus mechanika elvei

15_sebessegi_egyenlet.pptx

Általános Kémia, BMEVESAA101

H + H + X H 2 + X 2 NO + O 2 = 2 NO 2

Jellemző redoxi reakciók:

Elektrokémia B01. Mi a ph? Láng Győző. Kémiai Intézet, Fizikai Kémiai Tanszék Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Reakciókinetikai modellezés

Öt előadás a fizika történetéből, 2

7. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

Spontaneitás, entrópia

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

I. A PRIMITÍV FÜGGVÉNY ÉS A HATÁROZATLAN INTEGRÁL

TARTALOM. 8. Elegyek és oldatok 2

KÉMIA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

Függvények hatványsorba fejtése, Maclaurin-sor, konvergenciatartomány

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

A MOLEKULADINAMIKAI MÓDSZEREK SZISZTEMATIKUS TÁRGYALÁSA: KLASSZIKUS DINAMIKA A POSTERIORI KORREKCIÓJA

Permutációegyenletekről

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Az enzimkinetika alapjai

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

= 163, 63V. Felírható az R 2 ellenállásra, hogy: 163,63V. blokk sorosan van kapcsolva a baloldali R 1 -gyel, és tudjuk, hogy

HOMOGÉN EGYENSÚLYI ELEKTROKÉMIA: ELEKTROLITOK TERMODINAMIKÁJA

2 Wigner Fizikai Kutatóintézet augusztus / 17

3. előadás Stabilitás

A kálium-permanganát és az oxálsav közötti reakció vizsgálata 9a. mérés B4.9

azonos sikban fekszik. A vezetőhurok ellenállása 2 Ω. Számítsuk ki a hurok teljes 4.1. ábra ábra

ELEKTROKÉMIA. - elektrolitokban: ionok irányított mozgása. Elektrolízis: elektromos áram által előidézett kémiai átalakulás

Kémiai reakciók sebessége

rendszer: a világ általunk vizsgált, valamilyen fallal (részben) elhatárolt része környezet: a világ rendszert körülvevő része

Általános Kémia Gyakorlat II. zárthelyi október 10. A1

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

71. A lineáris és térfogati hőtágulási tényező közötti összefüggés:

Szent István Egyetem KÖRNYEZETBARÁT TELEPÜLÉSI SZENNYVÍZELVEZETŐ RENDSZER PARAMÉTEREINEK VIZSGÁLATA. Doktori (Ph.D.) értekezés.

Eredeti Veszprémi T. (digitálisan Csonka G) jegyzet: X. és XI. fejezet

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

HETEROGÉN ELEKTROKÉMIAI RENDSZEREK EGYENSÚLYAI I. GALVÁNCELLÁK

= Φ B(t = t) Φ B (t = 0) t

Metabolikus utak felépítése, kinetikai és termodinamikai jellemzésük

Fuzzy Rendszerek és Genetikus Algoritmusok

BUDAPESTI MŰ SZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM KÖZLEKEDÉSMÉRNÖKI ÉS JÁRMŰMÉRNÖKI KAR VASÚTI JÁRMŰVEK ÉS JÁRMŰRENDSZERANALÍZIS TANSZÉK

,...,q 3N és 3N impulzuskoordinátával: p 1,

Elektrokémiai preparátum

Kémiai egyensúly. Fizikai kémia előadások 6. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet. ν j sztöchiometriai együttható

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

Kémiai alapismeretek 11. hét

Elektromos áramkörök és hálózatok, Kirchhoff törvényei

2 ahol α a relére jellemző belső szög. A fázisszögrelé karakterisztikája az alábbi ábrán figyelhető meg.

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Bevezetés a kémiai termodinamikába

Átírás:

Eletroéma 02. Eletroéma cella, Kapocsfeszültség, Eletródpotencál, Eletromotoros erő Láng Győző Kéma Intézet, Fza Kéma Tanszé Eötvös Loránd Tudományegyetem Budapest

Termodnama paramétere TERMODINAMIKAI PARAMÉTEREK Egy fza-éma rendszer állapotát a fza és éma jellemző összessége írja le. Azoat a jellemzőet, amelye az állapot maroszopusan egyértelmű leírására szolgálna, termodnama paraméterene nevezzü. Ilyene például: nyomás, hőmérsélet, térfogat, belső energa, entalpa, entrópa, oncentrácó, eletromotoros erő, stb. A özvetlenül mérhető paramétere az állapotjelző. A termodnama mérése célja: az adott rendszer állapotána és folyamatana valtatív és vanttatív jellemzése az állapotjelző segítségével.

Termodnama paramétere Egy adott rendszerben lezajló éma folyamatra s a megfelelő termodnama függvény változása lesz jellemző mntsem az adott függvény értée maga. Enne értelmében defnálhatju a éma reacóhoz apcsolódó termodnama potencálfüggvény változásoat. Írju fel a éma reacó egyenletét az alább, általános alaban: 0 A (.) ahol A a reacópartnere és a termée általános jelölése, pedg az -ed anyag sztöchometra száma, amely reatánso esetén negatív (fogyás), termée esetén pedg poztív (eletezés).

Kéma egyensúly Az egyes A,A 2... A reatánso mennységéne dn, dn 2,... dn megváltozása nem függetlene egymástól. A reacóoordnátát defnáló dfferencálegyenlet: Kezdet feltétel: t 0 dőpontban n n (t 0), ξ ξ( t 0) ( ) () ( ) () t ξ t ξ t n t n ξ n 0 0 d d ξ n d d () ( ) [ ] () ( ) 0 0 t ξ t ξ t n t n ξ n ξ n n n n d d... d d d 3 3 2 2 () () ( ) [ ] ( ) 0 0 + t ξ t n t n t ξ

Termodnama paramétere A termodnama potencálfüggvénye jellemző

Termodnama paramétere Pl. az (.) egyenlet alajában megadott reacó entalpaváltozása: (2.) rh H ahol H a megfelelő ndulás anyag vagy termé parcáls molárs entalpája. Ideáls elegyeben H megegyez a tszta omponens molárs entalpájával. Általános esetben azonban H az -ed omponens parcáls molárs entalpáját jelöl az adott reacóelegyben, melyet a övetezőéppen defnálun: H H (3.) n p, T, n A defnícóból övetez, hogy H mértéegysége J/mol. j

Termodnama paramétere A reacó entalpaváltozását más módon s származtathatju, amely azonban értelemszerűen az (2.) egyenlettel evvalens eredményhez vezet. Ilyenor a reacó entalpaváltozását a rendszer entalpájána a reacó oordnáta szernt derváltjával írju fel: H rh (4.) ξ p, T Könnyen belátható, hogy a fent egyenlete özött a orábban felírt: n ξ összefüggés teremt meg a apcsolatot, összhangban a reacóoordnáta ξ defnáló egyenletével. n

Termodnama paramétere Integráls mennysége r Hdξ dξ r H ( ntegráls) (5.) Amennyben a vzsgált reacó lezajlása során a reacóentalpa a reacóoordnáta lneárs függvényéne tenthető, aor élhetün az (4.) egyenlet dfferenca hányados özelítésével: H r H ξ (6.)

Kéma egyensúly Kéma folyamato egyensúlya Az átalaulást jellemző általános reacóegyenlet: 0 A Kndulás anyago : Termée : előjele negatív előjele poztív A rendszer szabadentalpájána megváltozása: dg SdT + V dp + µ dn

Kéma egyensúly Töltött részecséet s tartalmazó rendszer esetén: ahol Többfázsú rendszer esetén pl. az α fázsban: Állandó hőmérséleten: + + ~ d d d d n µ p V T S G ( ) ( ) ϕ + F z µ n G µ n p T j,, j ~ ( ) stb., ~ α α α ϕ + F z µ µ, d d n µ G T p

Kéma egyensúly A szabadentalpa megváltozása: Egyensúlyban: ξ µ G t p d d, 0 d d, r µ ξ G G T p

Kéma egyensúly dg dξ A reacó aor megy végbe önént, ha < 0 p, T

Kéma egyensúly A reacó szabadentalpa-változása: Írju fel a reacóegyenletet a övetező módon: Egyensúlyban: Abszolút atvtás:, r µ G T p +, r ln a RT µ G T p - -2 2 3 3 2 2 A A A A A A + + + + + + K K - -2 2 3 3 2 2 µ µ µ µ µ µ + + + + + + K K RT µ λ λ RT µ exp ln 2 2 2 2 2 2 λ λ λ λ λ λ K K

Kéma egyensúly Állandó hőmérséleten és nyomáson, egyensúlyban: lletve Látható, hogy állandó, a éma reacó termodnama egyensúly állandója ( ) λ ( ) +, r ln a RT µ µ G T p, r ln T p a RT G µ µ a K a a T p K RT G ln, r

Töltött részecsé esetén: Kéma egyensúly Ha a reacóban részt vevő omponense több fázsban s előfordulna, a reacóegyenlet így írható: ~ µ Ilyenor az egyensúly feltétele: ( a fázso szernt, az eletroéma reacóban részt α vevő ndulás és terméomponense szernt összegzést jelent.) 0 α α 0 A α α ~ α µ α 0

Adott egy önént végbemenő éma reacó (redoxreacó): Red () + Ox(2) Ox() + Red(2) Eletronátadás özvetlenül Rá lehet-e venn az eletronoat a erülő útra? és özben munát lehetne végeztetn velü

Játszódjana le a részfolyamato térben elválasztva! Eletroéma Cella

G r < G ξ p, T 0 Cellareacó: Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Zn 2 + + 2e Zn Cu 2 + + 2e Cu Danell-cella

G r < G ξ p, T 0 Cellareacó: 2 H2 + O2 2H2O + 4 H + 4e 2H 2 + O2 + 4 H + 4e 2H2O

Eletroéma cella Eletroéma nómenlatúra eletroéma cella - galváncella - eletrolzáló cella (Régebb elnevezése: galváncella - galvánelem - eletrolzáló cella)

Eletroéma cella Eletroéma cella Az eletroéma cellá olyan rendszere, amelyeben éma folyamat (vagy oncentrácóülönbség egyenlítődése) eletromos áramot termelhet, vagy ülső áramforrásból áramot bocsátva át rajtu, bennü éma folyamat játszatható le. A legtöbb eletroéma cella ét eletródból áll, amelye eletroltoldata özöse, vagy érntezne.

Eletroéma cella - celladagram Celladagram A celladagram az eletroéma cella leírására szolgál. Mnden olyan nformácót tartalmaz a celláról, am anna fza megvalósításához szüséges. A fázshatáro jelölésére függőleges választóvonalaat ( ) használun. Szaggatott függőleges választóvonallal ( ) jelöljü egymással elegyedn épes folyadéo csatlaozását, és ettős függőleges szaggatott vonal ( ) a jelölés, ha az lyen csatlaozásonál a dffúzós potencált üszöböltne tenthetjü. A celladagramban fel ell tüntetn a cellát felépítő fázso (alotórésze) halmazállapotát és összetételét (oncentrácóját) s.

Eletroéma cella - celladagram Celladagram Példa (általános):

Eletroéma cella - celladagram Celladagram Példa (onrét):

Eletroéma cella Közvetlenül mérhető mennysége - eletroéma cella eletromos potencálülönbsége ( apocsfeszültség ) (E), - eletromotoros erő (E MF ), - eletródpotencál (ε vagy E )

Eletroéma cella apocsfeszültség Az eletroéma cella eletromos potencálülönbsége A celladagramban a jobb oldalon feltüntetett eletródhoz csatlaozó fémes hozzávezetés és a bal oldal eletródhoz csatlaozó, az előbbvel azonos mnőségű fémes hozzávezetés eletromos potencáljána a ülönbsége. Ez a defnícó természetesen arra az esetre s vonatoz, ha a cellán áram foly eresztül.

Eletroéma cella apocsfeszültség Az eletroéma cella E eletromos potencálülönbségéne előjele az előbbe alapján meghatározott. Ha a cella áramforrásént műöd, az E előjele aor poztív, ha a celladagram jobb oldalán jelzett eletródban reducó, a bal oldalon feltüntetettben pedg oxdácó zajl. Értelemszerűen, E előjele aor negatív, ha a celladagram jobb oldalán jelzett eletródban játszód le az oxdácó, a bal oldalon feltüntetettben pedg a reducó.

Eletroéma cella eletromotoros erő Az eletroéma cella eletromotoros ereje (E MF ) A apocsfeszültség ama határértée, amor a cellához apcsolt ülső áramörben nem foly áram (I 0), és ha a celladagramban feltüntetett fázshatároon (a lehetséges eletrolt/eletrolt csatlaozásoat véve, tt lép fel az ún. dffúzós potencál ) lezajló valamenny töltésátlépés folyamatra, valamnt a fázsoon belül végbemenő éma folyamatora s egyensúly áll fenn. A fente szernt a mérés utasítással defnált eletromotoros erő ( művelet defnícó ) tartalmazza a nemegyensúly dffúzós potencált s.

Eletroéma cella eletromotoros erő A dffúzós potencál szemléltető ábrája a Fra, a macsá réme című alapműben

Eletroéma cella - eletródpotencál Az eletródpotencál (ε vagy E) Egy olyan eletroéma cella eletromos potencálülönbsége, amely celladagramjána bal oldalán feltüntetett eletród egyensúly állapotban van. A mért potencálülönbség eor a jobb oldal eletródna a bal oldalra vonatoztatott eletródpotencálja. A defnícó alapján nylvánvaló, hogy ha eletródpotencálról beszélün, aor mndg meg ell adn az alalmazott összehasonlító (referenca) eletródot s.

Eletroéma cella - eletródpotencál Ha a vzsgált (jobb oldal) eletród s egyensúly állapotban van, aor a mért eletródpotencál az ún. egyensúly eletródpotencál (ε e vagy E e ), vagy egyszerűen egyensúly potencál. A orább defnícó alapján nylvánvaló, hogy enne értée az eletroéma cella esetében használt nómenlatúrána megfelelően az adott cella eletromotoros erejével egyenlő.

Eletroéma cella eletromotoros erő Az E MF mérése nagy bemenő ellenállású voltmérővel

Eletroéma cella eletromotoros erő Az eletromotoros erő (E MF ) és a belső ellenállás (R b ) meghatározásához ülönböző, smert nagyságú ellenállásoat (R ) apcsolun a cellára. Mérjü a örben folyó I áramot és/vagy az E apocsfeszültséget (a terhelő ellenállásora eső feszültséget). A belső ellenállás és az eletromotoros erő meghatározása E E MF R b I E MF b R b E R Y a + bx b R, a E MF

Eletroéma cella eletromotoros erő R : ( terhelő ) ellenállás ( fogyasztó ) R B : A voltmérő bemenő ellenállása R b : A cella belső ellenállása E MF : eletromotoros erő

Eletroéma cella eletromotoros erő

Eletroéma cella eletromotoros erő A apocsfeszültség a ülső örben folyó áram függvényében

Eletroéma cella eletromotoros erő Nytott csapállás: Az llesztett egyenes ét paramétere: a,0097 V b -5,5585 0 4 Ω A paramétere szórása: S a,7368 0-4 V S b 22,9654 Ω Zárt csapállás: Az llesztett egyenes ét paramétere: a,0982 V b -4,2657 0 5 Ω A paramétere szórása: S a 4,6700 0-3 V S b 29,83 Ω

Eletroéma cella eletromotoros erő Nytott csapállás: A meredeség megbízhatóság (onfdenca) ntervalluma (Ha statsztus bztonságna 95% -ot választju, aor α 5%, f n - 2 6, t α 2,447.) b ± t α S b (-5558,46 ± 56,9) Ω Innen a galváncella belső ellenállásána hbahatára (R b -b): R b (55,58± 0,056) Ω A tengelymetszet (a) megbízhatóság ntervalluma: a ± tα Sa (,0097 ± 0,00042) V A galváncella eletromotoros erejéne hbahatára: EMF (,0097 ± 0,00042) V

Eletroéma cella eletromotoros erő Zárt csapállás: A meredeség megbízhatóság (onfdenca) ntervalluma (Ha statsztus bztonságna 95% -ot választju, aor α 5%, f n - 2 6, t α 2,447.) b ± t α S b (-42657 ± 725) Ω Innen a galváncella belső ellenállásána hbahatára (R b -b): R b (426,2 ± 7,) Ω A tengelymetszet (a) megbízhatóság ntervalluma: a ± tα Sa (,0982 ± 0,043) V A galváncella eletromotoros erejéne hbahatára: EMF (,098 ± 0,03) V

Eletroéma cella eletromotoros erő Az eletromotoros erő mérése ompenzácós módszerrel Normálelem, I G 0 E E N c,n R c,n E R Vzsgált cella, I G 0 E E MF E E MF N c,mf E E MF R N R R c,mf c,n R R c,mf c,mf c,n CPS E R CPS

A Weston-féle normálelem Eletroéma cella eletromotoros erő

Eletroéma cella eletromotoros erő Állítsu össze az alább cellát, és mérjü meg az eletromotoros erejét! Pt(s) Hg(l) Cl () s 2 KCl ( aq. ) KNO 3 ( aq. ) CuSO ( aq. ) MgSO4( aq. ) Hg 2 4 + Cu(s) sat. sat. c,c CuSO 4 MgSO 4 Ügyelnün ell arra, hogy az oldat onerőssége állandó legyen, ezért a hígítást 0, mol/dm -3 oncentrácójú magnézum-szulfát oldattal végezzü. c CuSO 4 + c MgSO 4 0, mol dm 3

Eletroéma cella eletromotoros erő Az eletromotoros erő a réz-szulfát oncentrácójána függvényében

Eletroéma cella eletromotoros erő A cella eletromotoros ereje a réz-szulfát oncentrácójána függvényében