potencial elektrode - Student Info

ELEKTROKEMIJA
EKTROKEMIJA
5. 11. 2007

ELEKTROKEMIJSKI ČLEN
10.11.2007 2

TERMODINAMSKI OPIS
Gibbsova prosta energija
∆ S =∆ Sokolice
+∆S
−∆H
∆ S = +∆S
T
−T∆ S =∆H −T∆S
sistema
sistema
sistema
G = ∆H −T∆S
0
G = G + RTln
K
0
G =−RTln
K
0 0
To je merilo za spontanost reakcije.
G
= −zFE
10.11.2007 3

TERMODINAMSKI OPIS
Nernstova enačba
0
G G RTln
K
= +
0
zFE zFE RT K
− =− +
RT
zF
ln
0
E E K
= −
ln
Opisuje termodinamsko napetost polčlena v
nestandardnih pogojih.
10.11.2007 4

POTENCIAL
• Napetost je razlika med potencialoma
polčlenov in meri spontanost reakcije.
• Ko reakcija teče v spontano smer, galvanski
člen nudi napetost potencialne razlike.
• Da bi reakcija tekla v nasprotno smer, moramo
elektrolitskemu členu dovesti višjo negativno
napetost.
U = E − E
katode
anode
10.11.2007 5

MERJENJE POTENCIALA
• Elektrodni potencial polčlena je definiran kot
napetost člena, v katerem je anoda SHE,
katoda pa merjena elektroda.
• Standardni elektrodni potencial opisuje
standardne pogoje (T = 25 °C, a = 1).
10.11.2007 6

MERJENJE POTENCIALA
Standard za določanje
potenciala je
standardna vodikova
elektroda (SHE).
0
SHE
E =
0,00 V
10.11.2007 7

POTENCIAL VODIKA
Potencial
vodika je 0 pri
tlaku 1 atm in
pH 0. Za ostale
pogoje ga
izračunamo iz
Nernstove
enačbe.
E [V]
0 RT
E = E − ln K =
zF
RT pH2
= 0− ln =
+
2
zF ⎡
⎣HO
⎤
3 ⎦
=−4,31⋅10 Tln p −1,98⋅10 T pH
−5 −4
H
pH
10.11.2007 8
2
Potencial vodika pri 25 °C
1 ppm
0,40
0,20
20%
100 %
0,00
-0,20 0 2 4 6 8 10 12 14
-0,40
-0,60
-0,80
-1,00
1%

NAPETOSTNA VRSTA
10.11.2007 9

10.11.2007 10

VPLIV TOKA
• Če skozi elektrokemijski člen teče tok, se
njegova napetost razlikuje od mirovne:
E = Emirovna
− IR
• Napetost galvanskega člena se zniža, napetost
elektroliznega člena pa moramo zvišati, ker
ima člen notranjo upornost.
10.11.2007 11

VPLIV TOKA
10.11.2007 12

PRENAPETOST
Prenapetostna efekta:
• koncentracijska polarizacija (η c ) in
• kinetična polarizacija (η a ).
( η η ) ( η η )
E = E + + − E − + − IR
katode c a katode anode c a
anode
Tudi zaradi njiju je napetost galvanskega člena
nižja od pričakovane, izločilna napetost
elektrolitskega člena pa višja.
10.11.2007 13

ELEKTROGRAVIMETRIJA
Z elektrolizo izločimo kovino, ki jo posušimo
in tehtamo.
Depozit ne sme biti gobast, spužvast ali imeti
primesi.
To dosežemo z nizko gostoto toka, rahlim
mešanjem raztopine, kompleksiranjem
kovinskih kationov, ustrezno temperaturo itd.
10.11.2007 14

POTENCIAL ELEKTRODE
Elektrogravimetrično analizo lahko izvajamo
na dva načina:
• z nadzorom potenciala (potenciostatično),
• brez nadzora potenciala.
10.11.2007 15

POTENCIOSTATIČNA
ANALIZA
S pomočjo referenčne elektrode vzdržujemo
potencial elektrode z analitom konstanten.
Sklenemo dvoje vezij - elektrolitsko in
referenčno.
Omogoča ločitev vzorcev, ki imajo zelo
podoben potencial.
10.11.2007 16

POTENCIOSTATIČNA
ANALIZA
10.11.2007 17

BREZ NADZORA
• Priprava je enostavna.
• Dovedena napetost je
konstantna.
Spreminjajo se
prenapetost, tok in
potencial.
• Ima omejitve.
POTENCIALA
10.11.2007 18

VAJA
• Raztopi 0,3 - 0,5 g vzorca v 15 mL 50 %
HNO 3 , dodaj 10 mL 20 % H 2 SO 4 in segrevaj
do pojava belih par.
•Razredči z dvakratnim volumnom vroče vode,
nevtraliziraj z NH 3 do pojava modre barve
aminkompleksa, dodaj nekaj kapljic H 2 SO 4 .
•Razredči na 250 ml v bučki.
10.11.2007 19

VAJA - REDOKS TITRACIJA
• Odpipetiraj dva alikvota 50 mL, dodaj 2 mL
85 % H 3 PO 4 in 4 g KI.
•Izločeni jod titriraj z 0,1 M tiosulfatom do
svetlo rumene barve. Dodaj 1 mL škrobovice
(raztopina pomodri) in titriraj do razbarvanja.
10.11.2007 20

VAJA - ELEKTROLIZA
•V čašo odpipetiraj 50 mL alikvot raztopine iz
bučke.
• Vanjo potopi čisti elektrodi, vklopi mešanje in
priklopi mrežasto Pt kot katodo. Elektroliziraj
60 min s tokom 0,4 A in 20 min z 0,1 A.
• Dvigni elektrodi iz raztopine, speri z vodo in
odklopi napetost.
• Katodo speri z etanolom, posuši in tehtaj. Nato
jo očisti s HNO 3 , posuši in ponovno stehtaj.
• Razlika je baker.
10.11.2007 21

LITERATURA
• Skoog, Douglas A. et. al. (2004).
Fundamentals of analytical chemistry.
Belmont: Brooks/Cole-Thomson Learning.
• Pihlar, Boris. (2007). Osnove analizne kemije,
2. del. Ljubljana: FKKT.
• Gorenc, D. et. al. (2005). Vaje iz analizne
kemije, kvantitativni del. Ljubljana: FKKT.
10.11.2007 22