Determinarea potentialului standard de electrod

DETERMINAREA POTENTIALULUI STANDARD DE ELECTROD

Principiul lucrarii:

La limita de separare dintre metal si electrolit apare o diferenta de potential, care poarta denumirea de potential de electrod si se noteaza cu litera φ sau є. Potentialul de electrod depinde atat de natura metalului, cat si de natura si concentratia solutiei de electrolit. Electrozii pot fi reversibili si ireversibili.  Electrozii reversibili sunt caracterizati de reactii de echilibru la interfata metal /solutie de electrolit. Mecanismul aparitiei potentialului de electrod (de echilibru) se explica prin tendinta spontana a metalelor de a transmite ioni in solutie si a ionilor metalici din solutie de a se depune pe metal. Metalele care trimit ioni pozitivi  in solutie se incarca negativ, iar cele pe care se depun ionii metalici pozitivi din solutie se incarca pozitiv. Prin urmare, solutia ramane cu un exces de sarcini pozitive in primul caz si negative in cel de-al doilea, iar la suprafata metal-solutie se formeaza un dublu strat electric. Conform conventiei Europene, cu care lucram, se atribuie electrodului M/solutie de electrolit polaritatea metalului.

Potentialul standard de electrod reprezinta potentialul de echilibru al sistemului metal-solutie de electrolit ce contine ionii sai, cu activitatea egala cu unitatea (a=1), la temperatura de 25⁰C si presiunea de 1 atm. Potentialul de electrod al unui metal este dat de relatia lui Nernst:

(3.29.1)

unde:

R - constanta universala a gazelor (8,3166 J/mol K)

T- temperatura absoluta (K)

F - numarul lui Faraday (96500 C)

z - numarul de electroni implicati in reactia de ionizare a metalului

a - activitatea ionilor metalului in solutie

Pentru a= 1, si potentialul de electrod devine egal cu potentialul standard.

Valoarea absoluta a potentialului de electrod nu poate fi determinata, de aceea se alege in mod arbitrar un electrod al carui potential standard sa fie considerat egal cu zero. Acesta este electrodul normal de hidrogen.

In practica, electrodul de hidrogen este incomod de utilizat si de aceea se utilizeaza asa-numitii electrozi de referinta, electrozi care au potential de electrod cunoscut si constant in timp. Asociind electrodul de studiat cu un electrod de referinta se realizeaza un element galvanic a carui t.e.m. se determina. Stiind ca: si cunoscand se poate calcula

Scopul lucrarii: in aceasta lucrare se determina potentialul standard de electrod al Zn si Cu, utilizand ca electrod de referinta electrodul de calomel - - al carui potential in raport cu electrodul standard de hidrogen este

Aparatura si substante:

Aparatura: electrod de calomel, Zn, Cu si voltmetru electronic

Substante: solutii de (1M)

Modul de lucru:

Se vor alcatui doua elemente galvanice:

- se introduc placutele de Zn, respectiv de Cu in paharul Berzelius, care contine solutia de ZnSO₄, respectiv CuSO₄ 1M;

- cu ajutorul unei fasii de hartie de filtru imbibata cu solutie de KCl se realizeaza legatura intre solutia saturata de KCl in care este cufundat electrodul de calomel si solutia de  ZnSO₄ sau CuSO₄ in care este cufundata placuta de Zn, respectiv placuta de Cu ;

- tensiunea electromotoare a elementului galvanic astfel obtinut se masoara direct prin conectare la voltmetrul electronic.

Fig. 3.29.1. Element galvanic

Tinand seama de semnul electrozilor implicati vom avea:

pentru primul element galvanic:

pentru cel de al doilea element galvanic

_{Zn  tab} = - 0,763V; _{Cu tab} = + 0,34 V

Calcule si rezultate:

Se va alcatui urmatorul tabel:

Tabelul 3.29.1

Tema:

Sa se scrie reactiile de echilibru la interfata  Al /Al₂ (SO₄)₃, Ni /NiCl₂, Ag/AgNO₃

Sa se determine potentialul standard al plumbului, daca se cunoaste t.e.m. a pilei galvanice:

(-)Pb/Pb(NO₃)₂ 0,01M//KCl, Hg₂Cl₂/Hg(+) este egala cu 0,469V, coeficientul de activitate (f) al solutiei de Pb(NO₃) este egal cu 0,53, iar potentialul electrodului de referinta este egal cu  0,242V.

Sa se determine activitatea ionilor de cupru din solutia de CuSO₄ din pila galvanica: Cu/CuSO₄ //KCl, Hg₂C₂/Hg, care la 20 ^oC are o tensiune electromotoare E =0,04 V, potentialul electrodului de calomel j_cal = 0,244V, iar potentialul standard al cuprului este j _Cu = 0,34V.

. Sa se calculeze potentialul electrodului format din cupru imersat intr-o solutie de 10^-6 m ioni de cupru monovalent, daca se cunoaste potentialul standard j _Cu+/Cu=O,504V. Stiind ca electrodul de Cu este catod in pila electrica cu un electrod de Zn si unul de Cu scrieti lantul electrochimic al pilei ce se formeaza.

. Sa se calculeze tensiunea electromotaoare standard a unei pile cu un electrod din Al si altul din Ni. Scrieti lantul electrochimic al pilei astfel formate.( j _Al3+/Al = -1,69V, j _{Ni +/Ni}= -0,250 V)

Se dau urmatorii electrozii si potentiale relative de electrod: Fe/FeSO₄(-0,43 V), Hg/Hg₂Cl₂/KCl (+242 mV),Ag/AgCl (0,8V). Scrieti lantul electrochimic al pilelor pe care le puteti forma cu acesti electrozi, si precizati in fiecare caz, tem a pilei.