Inżynieria Materiałowa 2001/2002

Grupa II

Nr zespołu - 7

Nr ćwiczenia - 16/17

Tytuł ćwiczenia:

„16. Potencjały równowagowe elektrod - siła elektromotoryczna ogniw.

17. Polaryzacja”

I₁₆. Wstęp teoretyczny.

Metal zanurzony w roztworze elektrolitu nazywa się elektrodą. Na powierzchni fazowej ustala się równowaga między znajdującymi się w roztworze jonami oraz elektronami fazy stałej. Reakcję taką można zapisać ogólnym równaniem:

Substancja zredukowana
substancja utleniona + elektrony

Cechą takiej reakcji jest wymiana ładunku elektrycznego miedzy elektrodą a roztworem. Ustalenie się równowagi w takim układzie jest więc związane z powstaniem różnicy potencjałów między elektrodą a roztworem.

Zależność potencjału równowagowego od aktywności odpowiednich jonów, temperatury i ilości elektronów biorących udział w procesie elektrodowym, w przypadku gdy reakcją potencjałotwórczą jest równowaga między czystym metalem a jego jonami w roztworze, opisuje zależność:

II₁₆. Cel ćwiczenia

Pomiar potencjału elektrod:

1. Zn/0,1m ZnSO₄

2. Cu/0,1m CuSO₄

Wyznaczenie zależności potencjału tych elektrod od stężenia ich jonów roztworze siarczanu sodowego.

IV₁₆. Wyniki badań:

Stężenie jonów badanego metalu [mol/l]	Log c	Zn/ZnSO4 Elektroda kalomelowa		Cu/CuSO4 Elektroda kalomelowa
				SEM ogniwa [mV]	Potencjał Zn wzgl. El. Wodorowej [mV]	SEM ogniwa [mV]	Potencjał Cu wzgl. El. Normalnej [mV]
1,000	0	-1037	-795,5	57,2	298,7
0,500	-0,30	-1046	-804,5	45,5	287
0,250	-0,60	-1058	-816,5	32,2	273,7
0,125	-0,90	-1073	-831,5	20,3	261,8
0,067	-1,17	-1089	-847,5	11	252,5

V₁₆. Obliczenia

Dla Zn (ZnSO₄) SEM = E₊ -

kalomelowej obliczam względem wodorowej przy temperaturze 25 C i KCl nasyconego ze wzoru:

Dla Cu (CuSO₄) SEM = E₊ -

kalomelowej obliczam względem wodorowej przy temperaturze 25 C i KCl nasyconego ze wzoru:

VI₁₇. Wnioski.

Jak widać z wykresów obydwa spełniają zależność liniową co potwierdza stosowalność wzoru na potencjał metalu
.Z wykresu można również wywnioskować, że wraz ze spadkiem stężenia roztworu spada również potencjał danego metalu, który znajduje się w tym roztworze.

I₁₇. Wstęp teoretyczny.

Różnicę między potencjałem elektrody a równowagowym nazywamy polaryzacją lub nadnapięciem. Polaryzacja jest tym większa im większa jest gęstość prądu. Przyczyną jej powstawania jest powolny przebieg jednego ze stadiów pośrednich procesu elektrodowego. Można wyróżnić trzy stadia:

- dopływ elektronów do powierzchni fazowej;

- dopływ jonów do powierzchni fazowej;

- reakcja jonów z elektronami.

II₁₇. Cel ćwiczenia

Wyznaczenie przebiegu krzywych polaryzacji anodowej i katodowej elektrody Cu/0,5m CuSO₄ i Cu/0,05m CuSO₄.

Określenie wpływu mieszania i stężenia na polaryzację katodową i anodową tych elektrod.

IV₁₇. Wyniki badań:

Cu/0,05m CuSO₄/Cu nie mieszany

Natężenie prądu polaryzującego I [mA]	Gęstość prądu polaryzującego		Logarytm prądu polaryzującego		Różnica pot. el. badanej i odnieś.		Pot. el. badanej przel. wzgl. wodor.
				K log ik	A log ia	K Ek [mV]	A Ea [mV]	K Ek [mV]	A Ea [mV]
0	0	0	0	0	19	22	260.5	263.5
2	6,34	6,57	0,80	0,81	-12	24	229.5	265.5
5	15,87	16,47	1,20	1,21	-51	48	190.5	289.5
10	31,74	32,89	1,50	1,51	-92	58	149.5	299.5
15	47,61	49,34	1,67	1,69	-105	65	136.5	306.5
25	79,3	82,23	1,89	1,91	-740	72	-498.5	313.5
50	158,73	164,47	2,20	2,21	-780	88	-538.5	329.5
75	238,1	246,71	2,37	2,39	-780	100	-538.5	341.5
100	317,46	328,95	2,50	2,51	-780	110	-538.5	351.5

Cu/0,05m CuSO₄/Cu mieszany

Natężenie prądu polaryzującego I [mA]	Gęstość prądu polaryzującego		Logarytm prądu polaryzującego		Różnica pot. el. badanej i odnieś.		Pot. el. badanej przel. wzgl. wodor.
				K log ik	A log ia	K Ek [mV]	A Ea [mV]	K Ek [mV]	A Ea [mV]
0	0	0	0	0	26	23	267.5	264.5
2	6,34	6,57	0,80	0,81	24	24	265.5	265.5
10	31,74	32,85	1,50	1,51	18	38	259.5	279.5
15	63,49	65,78	1,80	1,81	6	55	247.5	296.5
25	95,23	98,68	1,97	1,99	-30	66	211.5	307.5
50	158,73	164,47	2,20	2,21	-57	165	184.5	406.5
75	317,46	328,95	2,50	2,51	-340	170	-98.5	411.5
100	476,19	493,42	2,67	2,69	-380	240	-138.5	481.5

Cu/0, 5m CuSO₄/Cu nie mieszany

Natężenie prądu polaryzującego I [mA]	Gęstość prądu polaryzującego		Logarytm prądu polaryzującego		Różnica pot. el. badanej i odnieś.		Pot. el. badanej przel. wzgl. wodor.
				K log ik	A log ia	K Ek [mV]	A Ea [mV]	K Ek [mV]	A Ea [mV]
0	0	0	0	0	58	58	299.5	299.5
2	6,34	6,57	0,80	0,81	34	78	275.5	319.5
10	31,74	32,89	1,50	1,51	22	87	263.5	328.5
15	47,61	49,34	1,67	1,69	14	88	255.5	329.5
25	79,3	82,23	1,89	1,91	-6	94	235.5	335.5
50	158,73	164,47	2,20	2,21	-10	105	225.5	346.5
75	238,1	246,71	2,37	2,39	-50	110	191.5	351.5
100	317,46	328,95	2,50	2,51	-70	115	171.5	356.5

Cu/0, 5m CuSO₄/Cu mieszany

Natężenie prądu polaryzującego I [mA]	Gęstość prądu polaryzującego		Logarytm prądu polaryzującego		Różnica pot. el. badanej i odnieś.		Pot. el. badanej przel. wzgl. wodor.
				K log ik	A log ia	K Ek [mV]	A Ea [mV]	K Ek [mV]	A Ea [mV]
0	0	0	0	0	57	58	298.5	299.5
2	6,34	6,57	0,80	0,81	50	64	291.5	305.5
10	31,74	32,89	1,50	1,51	37	71	278.5	312.5
15	47,61	49,34	1,67	1,69	31	74	272.5	315.5
25	79,3	82,23	1,89	1,91	21	80	262.5	321.5
50	158,73	164,47	2,20	2,21	-8	90	233.5	331.5
75	238,1	246,71	2,37	2,39	-32	98	209.5	339.5
100	317,46	328,95	2,50	2,51	-48	103	193.5	344.5

V₁₇. Obliczenia

Przykładowe obliczenia:

Dla I= 2A

Pozostałe obliczenia zarówno dla katody jak i dla anody są analogiczne.

VI₁₇. Wnioski.

Jak widać z wykresów krzywych polaryzacji stężenie oraz mieszanie roztworu ma wpływ na polaryzację.

2