Гальваникалық элементтің электродтық потенциалдарымен Э.Қ.К. компенсациялау әдіспен анықтаумен танысу.

2. Гальваникалық элементтің электр потенциалдарымен Э.Қ.К-ң коцентрацияға тєуелділігін анықтау.

 

Материалдар жєне жабдыќтар: гальваникалыќ элемент, реохорд, Вестонныњ нормальдік элементі, аккумулятор.

Ж±мыстыњ мазм±ны жєне орындалу тєртібі:

 

ТЕОРИЯЛЫЌ Б¤ЛІМ

 

Берілген металдыњ иондары бар ерітіндіге немесе суѓа металды батыру кезінде металл – ерітінде айыру бетінде қос электр қабаты түзіледі және металмен ертінді арасында потенциалдыњ секірісі байқалады.

Потенциалдеп бірлік электр зарядын шексіздіктен электр өрісінің берілген нүктесіне ауыстыру жұмысын айтады. Потенциалдық кенет өзгеру мөлшері металл және ертіндінің қасиетіне, ерітінділер мен металл иондарының концентрациясына және қос электр қабатындағы бөлшектердің өзара қатынасына байланысты.

 

Электродтардыњ келесі негізгі типтерін айырады:

1. I текті электродтар- өз тұзының ерітіндісіне батырылған металдан құралған және катиондарға қатысты қайтымды келетін электродтар. Мысалы, Cu/Cu ²⁺ , Zn/Zn ²⁺ . Мұндай электродтардың электродты потенциалдары Нернст теңдеуіне баѓынады:

(1)

2. II текті электродтар – электрод металы осы металдыњ нашар еритін т±зымен ќапталѓан жєне аниондары бірдей жаќсы еритін электролит ерітіндісіне батырылѓан электродтар.

Мысалы: М±ндай электродтар ‰шін электродтыќ потенциал

(2)

м±нда стандартты электродтыќ потенциал.

 

Стандартты электродтыќ потенциалдар деп стандарты жаѓдайда потенциаланықтаушы иондардыњ активтілігі бірге тең болѓандаѓы электродтыњ потенциалды айтады.

- металл иондарының активтігі

- газ т±раќтысы

- тєжірибе кезіндегі абсолютті температура

- электродтыќ реакцияныњ актысында ќатысатын электрондар саны

- электр тоѓыныњ 96480 кулонына тењ Фарадей саны

 

Стандартты электродтыќ потенциалдыњ мәні потенциалы шартты түрде 0-ге тең деп алынған қалыпты сутекті электрод потенциалына қатысты келтіріледі.

Қалыпты электродты потенциалдарын біле отыра, Нернст теңдеулерін (1 – 2) қолдананып түрлі концентрациялы ерітіндідегі металдардың электродты потенциалдарын есептеуге болады.

Екі электродтар тұратын қондырѓы гальваникалық элемент болып табылады.

Гальваникалық элемент деп химиялық реакцияныњ энергиясы электр энергиясына айналатын жүйені айтады. Мысалы: Якоби – Дэниэлдің элементі өз тұздарының ерітіндісіне батырылған мыс және мырыш электродтарынан тұрады. Схема жүзінде элемент былай жазылады:

 

Инертті электролитпен толтырылған тұз көпірі көмегімен ерітінділер арасындағы қатынас іске асырылады, мысалы диффузиялық потенциалдыњ мәнін нөлге әкелетін KCl, KNO₃ арқылы.

Диффузиялық потенциал деп єртекті электролиттердіњ жанасқан ерітінділерінің шекарасында пайда болатын потенциалды айтады.

Якоби – Дэниэл элементінің жұмысы кезінде электродтарда келесі реакциялар жүреді:

АНОД

КАТОД

 

ќосындысы (3)

 

Егер химиялық реакция элементте қайытымды жүрсе онда тізбек қайтымды болады, ал бұл кезде алынатын жұмыс изобара – изотермиялық потенциалдардың кемуіне яѓни Гиббс энергиясыныњ кемуіне тењ максимальді болады:

Электродтар арасындағы потенциалдар айырмасы () гальваникалық элементтің электрќозѓауыш күшінің өлшемін анықтайды.

Электроқозғауыш күш деп бірлік электр зарядының электр өрісініњ бір нүктесінен екіншісіне тасымалдау жұмысын айтады.

(4)

ЭЌК концентрацияѓа тєуелділігі Нернст тењдеуімен аныќталады:

мұнда (5)

Гальваникалық элементтің жұмысы кезінде оның ЭҚҚ-і ерітінді концентрациясының өзгеруі және басқа жағдайларға байланысты тұрақты мәнінде сақталмайды. Сондықтан ЭҚҚ-ның нақты өлшеуі токтың минималды өту кезінде жүру керек. Бұған ЭҚҚ өлшеудің компенсациялық әдісі – Поггендорф әдісі сєйкес береді. Бұл әдіс элементтің ЭҚҚ-ның элементтің қайтымды жұмысы кезінде потенциалдар айырмасын өлшеу жолымен анықтауға мүмкіндік береді.

 

ГАЛЬВАНИКАЛЫЌ ЭЛЕМЕНТТІЊ ЭЌК – н КОМПЕНСАЦИЯЛЫЌ ЄДІСПЕН ¤ЛШЕУ.

 

Гальваникалық элементтің жұмысы кезінде оның ЭҚК электродтарда және ерітінді көлемінде болатын өзгеріс нәтижесінде өз мәнін сақтамайды. Сондықтан ЭҚК-ның нақты өлшеуі элементтің ЭҚК-ның элементтің қайтымды жұмысы кезінде потенциалдар айырмасын өлшеу жолымен анықтауға мүмкіндік беретін компенсация әдіспен жүреді.

І-ші суретте гальваникалық элементтің ЭҚҚ-ның өлшеуінің принципті схемасы берілген. Компенсациялық схема аккумулятор ток көзінен І, оның кернеуі гальванометрдің 2 сезімталдығы 10^-6 АВ реохордына беріледі. Вестон элементінен 4; қосқыштан 5, сөндіргіштің 6 және қозғалмалы контакт С-тен тұрады. әдіс өлшенетін ЭҚҚ-ның аккумулятордың ЭҚҚ-де теңестірілетіндігіне негізделген. Аккумулятор кедергі АВ-ның қанша біріктірілген (реохорда) барысында реохорд, кедергі магазині. Бұл кедергіден потенциалдардың қандайда бір айырмасын нөл деп Е_ак дейін контакт С қозғалысымен анықталады.

Потенциалдар айырмасы элементтің өлшенетін ЭҚҚ-не қарсы бағытталады. Яғни, олар бір-біріне қарсы бірдей помостармен қосылады. Контактке С-ті реохорд АВ бойымен қозғай келе, аккумулятордың АС учаскесіне кернеуінің күрт түсуі зерттелініп элементтің ЭҚҚ-не тең болатын орнын табуға болады. Компенсация нүктесін дұрыс табу принципі контакті солға табылған. Компенсация нүктесінен бір миллиметрге қозғау қажет. Сонымен қоса гальванометр бағдармасы нөлдік орнынан екі жағына бірдей қашықтыққа ауытқуы керек.

Компенсация кезінде гальванометр бүйір тізбегінде токтың жоқтығын көрсетеді, ал элементтің ЭҚҚ-і:

(1к)

Мұнда және – зерттелетін элементтің және аккумулятордың ЭҚК-і.

– аккумулятордың кернеуінің күрт төмендеуі зерттелетін элементтің ЭҚҚ-не тең болатын кесінді.

Теңдеуден (1к) -ті табуға болмайды, өйткені мәні белгісіз. Ол үшін бүйір тізбекке зерттелетін элемент орнына Вестонның ЭҚК-і белгілі қалыпты элементі қосылады. Қалыпты элементтің ЭҚК-ның компенсациялап, аламыз:

(2к)

мұнда – реохорд кесіндісі. (1к) теңдеуін (2к) теңдеуіне бөліп зерттелетін элементтің ЭҚК-ін табамыз:

(3к)

мұнда – реохорд бөлігінің мәні.

Компенсация әдісімен қоса гальваникалық элементтің ЭҚК-ін жұмысын компенсациялық әдісте зерттелуіне негізделген электронды милливольтметр (ЛПУ-01 жєне РН- 340 типті ќондырѓылар) көмегімен өлшейді.

ТЄЖІРИБЕЛІК Б¤ЛІМ.

 

I.1. Гальваникалық элементтің ЭҚК-ін компенсация әдісімен өлшеу үшін ќондырѓыны жинау ќажет. Вестонның қалыпты элементтің схемаға қосу керек. Реохордаѓы сырғанау С контактісін 10, 19-ға сәйкес шкалаға орнату арқылы гальванометр бағдаршасын 0-ге орнату керек. Сонымен реохорд шкаласы вольттарда нақтыланған он бөлігі – 1 вольт.

2. Қосқыш арќылы схемаға зерттелетін элементін қосу керек. Контакт С-ң өзгеруімен гальванометр бағдаршасын 0-ге орнату. Контакт С-тің орны зерттелетін элементтің ЭҚК-ң дайын мәнін береді.

3. Алынған мәндерді кестеге енгізу керек.

4. ЭҚК-ң өлшеуді 1 кестеде берілген барлық элементтерге жүргізу керек.

 

 

Кесте І

 

Тізбек схемасы	Тізбектіњ Е	Салыстырмалы ќателік
Тєжірибелі	Есептік
1. 2. 3. 4.

 

5. Зерттелетін элементтің ЭҚК-ң өлшеуі оны тізбекке қосқаннан соң 3 – 5 минут кейін жүреді. Гальваникалық элементтің поляризациясын алдын-алу үшін тізбекті өте аз уақыт аралығында бекіту қажет.

ІІ. Электродтардың потенциалдарын өлшеу үшін зерттелетін электродтан және қамтылған хлор күміс электродтан тұратын тізбек құру қажет. Салыстыру электродының потенциалын аныќтамадан алынады.

Бөлек потенциалды өлшеу зерттелетін электрод және хлор күміс электродынан құралған элементтің ЭҚК-ң өлшейді. Элементтің ЭҚК-ң және электрод потенциалының алгебралық соммасы бойынша электродтың потенциалын анықтайды.

 

Электродтардың потенциалын есептеу 2 –і кестеде келтірілген элементтер ‰шін жүргізіледі.

 

Тізбектіњ схемасы		Тізбек-тіњ Е	Электродтыќ потенциал	Салыстырмалы қателік
Тєжіриб	Есептеу
1. 2. 3. 4.

 

4. Гальваникалық элементтің ЭҚК-і µте аз болғандықтан оны µлшеу кезінде осы элементті Вестонның қалыпты элементімен кезектес біріктіру қажет. Ќосынды ЭҚК-ң, сосын элементтің ЭЌК –іњ іздеген мәнін есептеу керек.

5. Берілгендерді кестеге келтіру керек. Зерттелетін тізбектіњ электродттарда өтетін реакцияларды жазу керек.

 

ТЄЖІРИБЕЛІК МЄЛІМЕТТЕРДІ ¤ЊДЕУ

 

1. (1) тењдеу бойынша электродтар потенциалдарыныњ мєндерін есептеп, 2 кестеге келтіру ќажет.

2. (5) тењдеу бойынша зерттелетін гальваникалыќ элементтердіњ ЭЌК-іњ мєндерін есептеп, 1 кестеге жазу керек.

3. Салыстырмалы ќателіктерді есептеп, 1 жєне 2 кестеге жазу керек.

 

ҚОРЫТЫНДЫ

 

Қорытындыда ЭҚК-нің және электродты потенциалдардың концентрацияға тєуелділігін жєне ерекшеліктерін көрсетіњдер.

 

Ж±мысты орындаѓан: Ж±мысты ќабылдаѓан:

___________________ ___________________

студенттіњ ќолы оќытушыныњ ќолы, мерзімі

 

 

Ж¦МЫСЌА ЖІБЕРУ С¦РАЌТАРЫ

 

1. Жұмыстыњ мақсаты қандай?

2. Компенсациялыќ схемаѓа жєне ЭҚК-ң анықталу әдістемесіне суреттеме беру.

3. ЭҚК-і және электродты потенциалдарды анықтау ерекшеліктері.

4. Берілген жұмыста қандай тєуелділік тексеріледі?

 

БАЌЫЛАУ С¦РАЌТАРЫ

 

ВАРИАНТ 1.

 

1. Физикалыќ маѓыналарды атањдар:

1.1. Электрод

1.2. ЭЌК

1.3. Диффузиялыќ потенциал

1.4. Энтальпия

1.5. Ж±мыс

2. I –текті электродтары жєне олардыњ ерекшеліктері.

3. Концентрациялыќ гальваникалыќ элементтер жєне олардыњ ерекшеліктері

4. ЭЌК аныќтаудыњ компенсациялыќ єдісініњ ерекшелігі неде?

5. ЭЌК-іњ электролиттер концентрациясына тєуелділігі ќандай?

7. Ж±мыстаѓы хлок‰міс электродыніњ ролі ќандай?

8. Келесі реакция арќылы ж±мыс жасайтын гальваникалыќ элементтіњ

ЭЌК –і 25⁰С –та 0,2 тењ, ал 85⁰С - 0,226 тењ. Осы гальваникалыќ элементініњ термодинамикасын есептењдер.

 

 

ВАРИАНТ 2.

 

1. Физикалыќ маѓыналарды атањдар:

1.1 Гальваникалыќ элемент

1.2. Стандартты потенциал

1.3. Электродты потенциал

1.4. Энтропия

1.5. Гиббс энергиясы

2. 2 –ші текті электродтар жєне олардыњ ерекшеліктері.

3. Тотыѓу – тотыќсыздану гальваникалыќ элементтер жєне олардыњ ерекшеліктері.

4. ЭЌК тікелей µлшеу єдістерініњ кемшілігі неде?

5. Потенциалдардыњ электролит концентрацияларына тєуелділігі ќандай?

9. Вестон элементініњ ролі ќандай?

10. Келесі реакцияныњ

жылулыќ эффектісі 25⁰С – та 22750 кал/моль тењ. Осы элементтіњ ЭЌК –і температура 10⁰С жоѓарлаѓанда 1,45^.10^-3 µседі. Элементтіњ 25⁰С –ѓы ЭЌК-ін, энтропиясын жєне Гиббс энергиясын аныќтадар.

 

 

ӘДЕБИЕТ

 

1. А.А.Жуховицкий, Л.А. Шварцман Физическая химия,1964,198-214; 1968, 163-176.

2. Практикум работ по физической химии под ред.С.В.Горбачева, 1974, стр.288-304.

3. Краткий справочник физ.-хим.величин под редакцией Мищенко К.П. М,1974 г. стр.134