Chimie Anorganica

TEME:

ELEMENTE GALVANICE PILA DANIELL-JACOBI .. pag. 3 APLICAREA LEGII LUI HESS.DETERMINAREA CLDURII DE REACIE .. pag.8 ELECTROLIZA SOLUIEI APOASE DE SULFAT DE CUPRU. .. pag. 16 PROTECIA ALUMINIULUI PRIN OXIDARE ANODIC. EXOLAREA .. pag. 21\

\ ELEMENTE GALVANICE. PILA DANIELL-JACOBI Pila electric(elementul galvanic) este un dispozitiv care conine electrolit i care transform energia chimic n energie electric. Funcionarea pilei se datoreaza tendinei diferite a metalelor de a se transforma n ioni pozitivi. Pilele electrice se pot clasifica n trei categorii : Pile primare- a cror regenerare prin electroliz nu are loc, deoarece energia electric se produce pe seama unor reacii ce se gasesc n pila n cantitate limitat; Pile secundare- a cror regenerare se poate face prin electroliz (ncarcare),deoarece partenerii de reacie , consumai n timpul producerii energiei electrice (descrcare) se pot reface prin electroliz; Pile de combustie- n care partenerii de reacie sunt alimentai continuu la electrozi, ct timp se afla sub sarcin. n scopul comparrii, forei electromotoare i al calibrrii unor circuite de masurare a forei electromotoare se folosesc pile standard, care au valori foarte reproductibile i bine determinate ale forei electromotoare. Aceste cerine sunt satisfacute i de pila Daniell-Jacobi. Tensiunea electromotoare (E) este caracteristica de baza a unei surse de current i este egal cu diferena potenialelor electrozilor cnd sursa nu debiteaz curent. E=Ec-Ea=E+ - E- Unde: Ec- este potenialul reversibil al electrodului pozitiv (catodul); Ea- este potenialul reversibil al electrodului negativ (anodul). Potenialele de electrod pot fi calculate cu ajutorul relaiei lui Nernst: = = + log unde : - este potenialul standard de electrod; n - este valena ionului; a(oxidant) concentraia formei oxidate; a(reductor) concentraia formei reduse.

SCOPUL LUCRARII DE LABORATOR :-realizarea montajului experimental pentru elementul galvanic Daniell-Jacobi;-msurarea tensiunii electromotoare i compararea acesteia cu valoarea calculat pe baza potenialelor standard de electrod. MODUL DE LUCRU Materiale i reactivi de laborator folosii: - Soluii de CuS 1N i 1N; - Soluie saturat de ;- Dou pahare din sticl (semicelule), tub n form de U (puntea de sare);- Plcue din Cu i din Zn;- Conductor i clipsuri de contact;- Milivoltmetru. PREGTIREA EXPERIMENTULUI- Se toarn n cele dou pahare din sticl, soluia de 1N n primul pahar i respectiv soluia de 1N n cel de-al doilea pahar;- Se introduc electrozii, respectiv n paharul cu soluia de 1N se introduce plcua de i n paharul cu soluia de 1N se introduce placua de astfel nct cele dou plcue de i de s fie n contact cu soluiile;- Se dizolv , pn la saturaie, ntr-un volum de ap suficient pentru umplerea recipientului punii de sare (tubul n form de U);- Se astup capetele tubului cu un material poros;- Se introduce puntea de sare (tubul n form de U) , astfel nct capetele sale s intre n contact cu cele dou soluii ( i ).

EFECTUAREA MSURTORILOR- Se conecteaz cei doi conductori ai milivoltmetrului la plcuele de i respectiv ,i se citete valoarea tensiunii debitate afiat la cadranul milivoltmetrului;- Se repet operaia de msurare de mai sus de cinci ori la interval de trei minute notndu-se valorile tensiunii electromotoare debitate;S-au obinut valorile:- = 1,033 V;-= 0,98 V;- = 0,97 V;- = 0,96 V;- = 0,95 V; OBSERVAII Dup terminarea experimentului se observ c pe plcua din cupru s-a depus un strat fin de cupru iar plcuta de zinc prezint deteriorri provocate de dizolvarea acestuia de pe plcu. EXPLICAII ALE FENOMENELOR De pe suprafaa placii de zinc, atomii ce sunt n contact cu soluia, se desprind de pe plac sub form de cationi de , datorit tendinei mai pronunate a zincului de a trimite ionii pozitivi n soluie comparativ cu cuprul. Electronii ramasi liberi pe placa de zinc se scurg prin circuitul exterior spre electrodul de cupru. Ionii de din soluia de se descarc primind electronii de la zinc i se depun sub form de cupru . Concentraia ionilor de cupru din soluie scade iar cea a ionilor de zinc crete. Pentru meninerea neutralitii se folosete o punte de sare (sol. de clorur de sodiu saturat) unde ionii de trec n soluia de i ionii de trec n soluia de . REACII CARE AU LOC LA ELECTROZI - la anod (-) - 2 reacie de oxidare (cedare de ); - la catod (+) + 2 reacie de reducere (acceptare de ). Reacia total, care genereaz energia electric, se obine prin nsumarea reaciilor care au loc la electrozi : sau REPREZENTAREA SCHEMATIC A PILEI DANIELL JACOBI

CALCULE EFECTUATE PENTRU : - Compararea tensiunii electromotoare obinute n urma experimentului, cu tensiunea electromotoare obinut prin calcul teoretic. 1) Se determin tensiunea electromotoare rezultat n urma experimentului fcnd media aritmetic a celor cinci msurtori : 2) Se calculeaz tensiunea electromotoare teoretic prin calculul potenialelor de electrod, cu ajutorul relaiei lui Nernst .Cunoscnd potenialele standard si se calculeaz n continuare potenialele la electrozi:

si

APLICAREA LEGII LUI HESS. DETERMINAREA CLDURII DE REACIE

Germain Hess enun, pe baze experimentale, legea aditivitii cldurilor de reacie, care i i poart numele. Potrivit acestei legii a lui Hess, cldura absorbit sau degajat ntr-o reacie chimic este constant i este determinat numai de starea iniial i final a sistemului, indiferent de calea urmat de reacie. A B

Prin urmare, dac o reacie are loc n mai multe etape, cldura total de reacie este egal cu suma algebric a cldurilor reaciilor intermediare. n aceeai ordine de idei , formularea matematic a principiului I al termodinamicii potrivit creia, energia intern (U) este o funcie de stare, reprezentnd cldura (Q) transmis sistemului la care se adaug i lucrul mecanic (L) efectuat asupra sistemului de fore exterioare, se poate exprima astfel: U nu se msoar direct, ci doar variaia de energie intern ntre dou stri ale unui sistem n transformare. Lund n considerare c rezult c : innd cont c majoritatea reaciilor chimice se produc la presiune constant, atunci cldura absorbit servete att pentru creterea energiei interne , ct i pentru creterea volumului. n acest caz se introduce funcia termodinamic numit entalpie. Entalpia nu poate fi masurat direct, ci numai ca o diferen ntre dou stri ale sistemului aflat n transformare. darrezult c:Deci:- n urma reaciilor chimice, la presiune constant, cldura de reacie este egal cu variaia de entalpie a sistemului. - reacii exoterme (degajare de cldur); - reacii endoterme (absorie de cldur). Pentru determinarea n cazul reaciilor n faz apoas se poate calcula indirect cu formula: Unde: este cldura cedat sau absorbit de ap, [J] sau [cal]; este capacitatea caloric a apei, [J/grad]; este masa de apa [g]; este cldura specific a apei, [J/ggrad] sau [cal/ggrad]; [J/gC]

innd cont c sistemul schimb caldura numai cu apa (fr alte influene) rezult c:

Unde: n- numrul de moli de reactant; - variaia de entalpie a reaciei [J/mol] sau [cal/mol]. SCOPUL LUCRRII :

Calcularea variaiei de entalpie a unei reacii pe baza valorilor variaiei de entalpie a altor reacii n cazul unui sistem de reacii dat, cu ajutorul legii lui Hess. Compararea valorii obinute cu cea rezultat pe baza determinrii experimentale.SISTEMUL DE REACII STUDIAT :A) B) C) MATERIALE I REACTIVI FOLOSII : - Hidroxid de sodiu solid; - soluie de ; - soluie de - Calorimetru (pahar elenmayer), agitator, termometru,cilindrii gradai, pahare de sticl. DESFAURAREA LUCRRII Conform instruciunilor din laborator s-au efectuat:Reacia A) : - S-au introdus 100 c ap distilat n calorimetru (respectiv paharul elenmayer) dup care s-a introdus termometrul n ap i s-a ateptat pna cnd acesta a indicat o temperatur constant a apei temperatura iniial ;- S-au cntrit 1,47 g ( cu ajutorul balanei analitice);- S-au introdus cele 1,47 g n calorimetru i s-a agitat continuu pn cnd temperatura soluiei rezultate, indicate de termometru a ajuns n punctul maxim temperatura final(. CALCULE EFECTUATE:- Cantitatea de introdus - M= 1,47 g;- Cantitatea de ap introdus - Temperatura iniial , citit a apei - ;- Temperatura final (citit, a soluiei de NaOH-;- Variaia de temperatur a apei- ; - Cldura specific a apei - ; ;- Caldur cedat sau absorbit de ap (J); ; - Variaia de entalpie a reaciei - H; ; Unde: - n-numr de moli de reactant =;-

Reacia B): - S-au introdus 50 c , n calorimetru dup care s-a introdus termometrul n soluie i s-a ateptat pn cnd termometrul a indicat temperatura constant a soluiei temperatura iniial - S-au msurat 50 c cu ajutorul cilindrului gradat i s-a citit temperatura iniial a soluiei;- S-au introdus cei 50 c de soluie NaOH 1M n calorimetru, peste soluia de HC l i s-a citit temperatura final rezultat n urma reaciei; CALCULE EFECTUATE- = 22,8 [C ]- == 22,35 [C ]; - = 28,3;

=0,05 moliUnde: - Concentraia molar de NaOH este de 1M; - Volumul soluiei de HCl este 50 c. = 0.0540= 2 g NaOH

==1,82 g= =Unde : = 1001,03= 103 gUnde: - densitatea soluiei finale este: =1,03 =50+50=100 = = = Reacia C): - S-au introdus 100 c HCl 0,5 M ( s-au msurat 50 c HCl 1M i 50 c ap distilat) n calorimetru, dup care s-a introdus termometrul n soluie i s-a ateptat pn cnd acesta a indicat o temperatur constant a soluiei- temperatura iniial (- S-au cntrit 1,9 g (cu ajutorul balanei analitice);- S-au introdus cele 1,9 g de n calorimetru i s-a agitat continuu pn cnd temperatura soluiei rezultate, indicate de termometru a ajuns n punctul maxim- temperatura final CALCULE EFECTUATE- - - - -

Calculul variaiei de entalpie pentru reacia C n funcie de variaiile de entalpie ale reaciilor A i B : Calculul erorii determinrilor experimentale ( acurateea determinrii experimentale ): Eroarea n determinarea experimental

ELECTROLIZA SOLUIEI APOASE DE SULFAT DE CUPRU

Prin electroliza se nelege procesul de trecere a curentului electric continuu prin soluie sau topitura unui electrolit. n cadrul acestui process are loc un transfer de electroni (process redox) la electrozi. Astfel anodul (+) este electrodul la care are loc oxidarea i catodul (-) este electrodul unde are loc reducerea. La trecerea curentului electric prin electrolit, are loc i un transport de materie, care duce la modificarea concentraiei electrolitului i separarea de produi la electrozi. Reaciile care se petrec n cadrul electrolizei se mpart n dou categorii:a) Reacii primare care au loc cu participarea electronului : - acceptare de electroni reducere catodic; - cedare de electroni oxidare anodic;b) Reacii secundare care au loc ulterior n jurul electrozilor (reaciile atomilor sau radicalilor rezultai din reaciile primare, i care au loc fie cu electrozii, moleculele solventului i / sau ntre ei). ntr-un amestec de soluii de electrolit ordinea de descrcare a ionilor la electrozi, depinde de poziia elementelor din soluii n seria activitii i de potenialele standard de oxido-reducere. Mai nti se depun cationii cu potenialul cel mai sczut (cu cea mai mic valoare pozitiv) i anionii cu potenialul cel mai ridicat (cu cea mai mic valoare negativ) . LEGILE ELECTROLIZEI ( FARADAY) Legea I Masa substanelor care se separ la electrozi este proporional cu sarcina ionilor care trec prin electrolit. Unde : m- masa de substan n grame; Q- sarcina ionilor n coulomb; Q Unde : I intensitatea curentului n amperi; t timpul de trecere al curentului n secunde. Legea II : La trecerea unor cureni egali prin diferii electrolii, la electrozi se separa mase de substane proporionale cu echivalenii lor chimici. Unde : C factor de proporionalitate; E echivalentul chimic ; Unde :A masa atomic; V valena (n). Din cele dou legi rezult c : I t SCOPUL LUCRARII DE LABORATORElectroliza soluiei apoase de sulfaf de cupru n vederea obinerii cuprului electrolitic pe cale electrolitic i calcularea randamentului de current.

MODUL DE LUCRU Matreiale i reactivi folosii:- Soluia de electrolit : - - - Tub de sticl n form de U ;- Electrozi din grafit;- Sursa de current continuu i conductor cu clipsuri ; DESFURAREA EXPERIMENTULUI - Electrodul utilizat drept catod s-a curat cu o hrtie de lefuit i s- a cntrit la balana analitic, stabilindu-se masa iniial a sa ( - S-a introdus soluia de electrolit n tubul de sticl, n form de U, astfel ncat electrolitul s intre n contact cu suprafaa de grafit a electrodului ;- S-au realizat conexiunile conductorilor la sursa de curent i la electrozi;- S-a stabilit intensitatea curentului la sursa de I = 38 Ma (5V);- S-a meninut curentul pe o durata de 25 minute dup care s-a ntrerupt;- S-a scos electrodul de grafit de la catod, s-a splat cu ap distilat i s-a uscat ntre dou hrtii de filtru, dup care s-a cntrit la balana analitic i s-a stabilit masa final a acestuia ( ) ;

REACII LA ELECTROZI - Reacii primare : - la catod ( - la anod (- Reacii secundare : CALCULE EFECTUATEDatele experimentului: I = 38 mA = 0,038 A;t = 25 min. = 1500 =4,2755 g8 g- S-a calculat masa de cupru depus pe electrod n urma experimentului : - S-a calculat masa teoretic de cupru depus pe electrod cu ajutorul relaiei : = = 0,0187 g

S-a calculat randamentul de curent () cu ajutorul relaiei: 100 100 = 81,8 %

PROTECIA ALUMINIULUI PRIN OXIDAREA ANODIC EXOLAREA Aluminiul i aliajele de aluminiu rpezint o larg gam de utilizri n domeniul telecomunicaiilor, n electrotehnic, pentru structuri aeronautice i aerospaiale, etc. La expunerea n aer pe suprafaa acestuia se formeaz o pelicul de oxid , dar care fiind foarte subire i prezentnd o porozitate foarte mare, nu este suficient protejat de coroziune n medii mai agresive. Pentru a obine straturi mai groase de oxid de aluminiu i mai uniforme cu rezisten mai mare la coroziune se utilizeaz procedeul de oxidare anodic a aluminiului numit oxalare. SCOPUL LUCRARII n cadrul lucrrii de laborator s-a efectuat oxalarea n acid sulfuric, a unei piese de aluminiu. Procesele electrochimice care au avut loc n baia de electroliz:- disocierea acidului sulfuric : - disocierea apei : REACII LA ELECTROZI- la catod (+) cuva de plumb: - reacia primar ( reducere ); - reacia secundar;- la anod - piesa din aluminiu: - reacia primar ( oxidare ); - reacia secundar.Reacia de formare pe suprafaa plcii de aluminiu a oxidului de aluminiu:

MOD DE LUCRU Reactivi i aparatur:- soluie de NaOH 20 %;- soluie de HCl 1:1 ;- soluie de 20 %;- pahare Berzelius;- celula de electroliz ( cuva de plumb ) prevzut cu sistem de rcire;- sursa stabilizat de curent continuu. Operaii executate :- piesei din aluminiu, supuse exolrii i-a fost pregtit n prealabil suprafaa prin : - polizare cu hrtie metalografic; - splare cu ap distilat pentru a ndeparta pulberea rezultat n urma polizrii; - degresare piesa a fost inundat timp de cinci minute ntr-o baie cu soluie de NaOH 20 %; - decapare dup degresare piesa a fost introdus ntr-o baie de decapare cu soluie de HCl 1:1 . - cu suprafaa astfel pregtit piesa de aluminiu s-a introdus ntr-o baie de electroliz i conectat la sursa de curent, devenind anodul celulei de electroliz ; - s-a conectat catodul ( pereii din plumb ai celulei de electroliz ) la sursa de curent;- pentru a evita supranclzirea baia de electroliz (cuva din plumb ) a fost introdus ntr-o baie de racire cu ap ;- instalaia de electroliz s-a cuplat la reeaua de curent i a fost pus n funciune ;- s-a reglat intensitatea curentului la 1A i tensiunea la 15V i au fost meninute timp de 40 minute;- dup trecerea celor 40 minute de exolare s-a nterupt alimentarea sursei de curent;- s-a scos piesa de aluminiu exolat , s-a splat cu ap rece i apoi a fost introdus ntr-un pahar cu ap distilat nclzit n prealabil la 90 C. S-a meninut piesa oxalat , n pahar timp de 5 minute pentru compactizarea stratului de oxid depus electrochimic.

6

5