LKTOKÉMIA GALVÁNCLLÁK LKTÓDOK GALVÁNCLLÁK - olyan rendszere, amelyeben éma folyamat (vagy oncentrácó egyenlítdés) eletromos áramot termelhet vagy áramforrásból rajtu áramot átbocsátva éma folyamat játszódhat le. - Dagram: egy példa Cu (s) Zn (s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu (s) : fázshatáro : folyadéo érntezése - Áram ránya: poztív áram (poztív töltéshordozó mozgásána) ránya (egy defnícó a hs dbl)! Negatív töltése mozgása ezzel természetesen ellentétes. - bbl övetez, hogy a negatív eletródon oxdácó játszód le. zt ábrázolju a dagram bal oldalán. A poztív eletródon reducó történ, ezt tüntetjü fel a jobb oldalon.
Jellemz mennysége: - eletromos potencál ülönbség (apocsfeszültség): ét eletród özött potencál ülönbség. A celladagram felírásánál az eletromos potencálülönbség megadása egyértelmen specfálja az eletródoat: = ε jobb ε bal - MF : határértée, ha a cella üls áramörében I = 0, ha valamenny fázshatáron (véve a folyadé-folyadé fázshatárt), ll. töltésátlépésre, valamnt a éma folyamatora egyensúly áll fenn. - cell : cellareacó potencálja (termodnama értelemben s jól defnált mennység!)
Az eletromotoros er mérés módszere - és MF apcsolata ÁBA: Szalma J. jegyzet I + I b = MF (Krchoff 2. törvény, hurotörvény) I = U U = MF - I b U < MF Az áramersség: Így: vagy U = MF ha >> b MF ~ I = U MF + MF + = b MF b b U = MF b b + Implácó: 1., aor I0 U 2. Az U függvény lneárs.
- MF mérése ompenzácós módszerrel: ét szembeapcsolt feszültségforrás ompenzálju egyel a másat, úgy, hogy áram ne folyjon G-n. or: U I = ; és U 1 + = 1 I 2 - ha MF = U nncs áram az ábra alsó örében 1 állításával ( 1 + 2 állandó) ez elérhet - ha megmérjü egy normálelemhez tartozó 1,N -t ( N -t 1, x smerjü) aor MF = N 1, N
- 3 ülönböz MF -meghatározás a gyaorlaton feszültségmérvel ( ) ompenzácóval méréssel ábrázolásával és 0 extrapolácóval
MF és cell apcsolata cell : cellarecó potencálja cell rg = ( r G: a cellareacó szabadentalpa változása, az adott örülménye özött a reacó által elvégezhet maxmáls muna!) cell = T ν ln a ahol 1 = ν µ és µ : az.- anyag standard éma potencálja rg = cellareacó standard potencálja a cellareacó standard szabadentalpájával, így az egyensúly állandóval van apcsolatban. MF = cell + ϕ dff ahol ϕ dff : dffúzós potencál, az Oldat-oldat határfelületenél megjelen potencál, amely a dffundáló atono és anono eltér mozgéonyságából származ. A ϕ dff dffúzós potencál üszöböléséne elterjedt módszere a Bjerrum módszer. A Bjerrum módszerben ét MF mérést hajtun végre, sóhídént félg telített KCl oldatot, majd telített KCl oldatot használva. A módszer feltételez, hogy a félg telített KCl oldatról telített KCl oldatra áttérve a galváncellában a dffúzós potencál aora részét üszöböljü, ameora még a telített oldatban s megmarad.
Az cell méréséne termodnama mplácó Cellareacó által termelt maxmáls muna ( cell defnáló egyenlete!): = G = ν µ r cell - cell ~ affntással reacó rányáról ad tájéoztatást. - r G, r S, r H, K számítható belle (affntás és reacóh meghatározása c. mérésben) A mércella dagramja: Ag AgNO 3, HNO 3 HNO 3, nhdron Pt
Értéelés: MF -T függését vzsgálju Fontos: cellán folyó áram nagyságrendeel sebb legyen a csereáramnál!
Termodnama emléeztet: cell rg = levezetése ( µ z F ) dn dg = SdT + Vdp + + ϕ T, p onstans ( µ z F ) dn, de dn = ν dξ dg = + ϕ dg dξ Tp =, ν µ + z F ν ϕ egyensúlyban ϕ = cell = rg = ν µ + z ϕ r G = Σν adott T, p és összetétel megtartása mellett ξ= 1 mol reacó lejátszódását ísér szabadentalpa változás r G = Σν adott T, p és egységny atvtású omponense mellett ξ= 1 mol
LKTÓDOK Jellemz mennysége: - eletródpotencál eletród potencálja egy referenca eletródhoz épest, de egyensúly csa a referenca eletródon - egyensúly potencál ugyanaz mnt fenn, de egyensúly áll fenn mndét eletródon (tehát nem egyensúly dffúzós potencál s benne van) - eletródreacó potencálja olyan galvánelemben végbemen cellareacó potencálja, ahol a dagramban lév bal oldal eletród a standard-hdrogéneletród. egy 0 = -ze + ν A reacóra ε r T = ε r ν ln a
Formálpotencál ε r helyett oncentrácóból számítva! 0 T Formál potencál: ε = ε + ν ln c ε 0 : formáls potencál: meghatározása ε - lnc összefüggésbl Cu 2+ /Cu eletródra MF -ln(c/c 0 ) dagram alomel-cu/cu 2+ galvánelemre 60 Meredeség = (13.01±0.26) mv Tengelymetszet = (90.3±1.2) mv Korrelácós együttható = 0.99979 50 40 MF (mv) 30 20 10 0-7 -6-5 -4-3 -2 ln(c/c 0 ) tengelymetszet a Cu 2+ /Cu eletród formálpotencálja alomeleletródra vonatoztatva standard H 2 -eletródra ell vonatoztatn! M a teend?
letródo típusa: gázeletródo - Az eletródreacóban gázhalmazállapotú anyag s részt vesz, pl. hdrogéneletród: ph mérésnél - ph mérés mvelethez apcsolt defnícója: ph ( x) = ph ( s) + [ ε ( s) ε ( x) ] e e 2,303T ε r ~ ε e ha ϕ dff 0 (Bjerrum módszer!) x H3O így: ε = ε + ln és e Kvonás után: T a + p H 2 ε x e ε s e ε = S e T a + H3O = ε + ln p,303t (lg a F 2 x s H 2 lg a ) Azaz: x s ( ε ε ) e e F 2,303T = ph ( s) ph ( x) Standard oldat: KH-ftalát 0,05 mol g -1 oldata, ph= 4,005 (25 C-on) A mérés: hdrogéneletród egyensúly potencálját határozzu meg pl. alomeleletróddal szemben. Mér ε e x -t, ε e s -t, tudjá ph(s)-t ph(x) számolható Galváncellát ell felépíten! Dffúzós potencál üszöbölése a Bjerrum-módszerrel történ.
ÁBA: Szalma J. jegyzet H 2 gáz: gázpalacból! Csa otató ezelhet!!! Gázmosó: H 2 tsztítására 1) CuSO 4 Cl - onoat omplexba vsz. 2) KMnO 4 Zn szennyezne oxdálása As, Sb vegyülete AsH 3, SbH 3 H 2 eletród, fémeletródo elsfajú eletródo Másodfajú eletródo gy fém saját rosszul oldódó sójával érntez és belemerül a rosszul oldódó sóra nézve telített oldatba. pl. alomel eletród használju s Hg 2 Cl 2 (s) + e - = 2Hg(l) + 2Cl - (aq) eletródreacó lnyü: evéssé polarzálódna, azaz eletródpotencálju evéssé változ eletromos áram hatására.
edoxeletródo gy ndfferens fémeletród (Pt) merül egy fém, vagy egy más anyag ülönböz oxdált formát tartalmazó oldatba. Az eletródreacó: M + + z 2 z1 + ze M - eletródreacó potencálja: T [ ox ε = ε + ln ] [ox], [red] atvtáso [ red ] - gyaran használju a laborban: nhdron eletród: Q + 2H + + 2e - = QH 2 non hdronon ε = ε + T ln a + H (ha a Q = a QH2 ) - egy redoxeletród potencálja smert potencálú összehasonlító eletróddal szemben mérhet. Így pl. a Fe 3+ /Fe 2+ rendszer potencálja 0,1 M alomeleletróddal szemben mérhet. ε Fe 3 + / Fe 2+ MF T ~ cell = ε 3+ 2+ + ln Fe / Fe 2 3+ [ Fe ] ε + alomel [ Fe ] : standard redoxpotencál számítható! ε alomel : 0,333 V onstans - letrolto özepes atvítás tényezjéne meghatározása s lehetséges az Ag AgCl HCl-oldat nhdron cella MF -jéne mérése alapján!
Üvegeletródo (membráneletródo) - eletródreacó potencálja (H + ono adszorpcója az oldatból az üvegfelület rétegre): ε = T onst + ln a H + 3O, old - ombnált üvegeletród: méreletród + egy másodfajú (összehasonlító) eletród (Ag/AgCl eletród) - ph mérés elvén (ld. elbb) özvetlenül alalmasa (megfelel albrálás után) a ph mérésére.