Chimie Laborator nr. 6

1

LABORATOR 6

SURSE CHIMICE DE CURENT ELECTRIC. PILE GALVANICE.

O cantitate importantă de curent este furnizată tehnicii moderne de sursele chimice de curent. Acestea sunt pilele galvanice (elemente galvanice) - dispozitive care transformă energia chimică în energie electrică. Transformarea se realizează prin reacţii de oxido–reducere. Pilele galvanice sunt alcătuite dintr-un lanţ electrochimic constituit din doi conductori electronici (metal sau grafit) reuniţi prin unul sau mai mulţi conductori ionici (electroliţi).

Sistemul format dintr–un conductor de ordinul I, electronic, în contact cu un conductor de ordinul II, ionic (soluţie sau topitură de electroliţi) poartă numele de electrod. Acesta se reprezintă: M / Mz+, unde M este conductorul electronic şi Mz+ este electrolitul care conţine cationii metalului M.

Reacţiile de oxido-reducere se petrec la interfaţa conductor electronic/conductor ionic, deci la nivelul electrodului, motiv pentru care orice electrod se caracterizează printr–un potenţial, ε, denumit potenţial de electrod.

Într-o pilă, electrodul la care se produce oxidarea constituie polul negativ şi se numeşte anod, iar electrodul la nivelul căruia are loc reducerea constituie polul pozitiv şi se numeşte catod.

Convenţional, o pilă se simbolizează reprezentând lanţul electrochimic începând cu anodul: (–) 0

22101 //// MMMM xz ++ (+)

iar reacţiile care au loc la electrozi sunt:

(–) −+ +→ zeMM z1

01 oxidare

(+) 022 MxeM x →+ −+ reducere

Reacţiile de la electrod – reacţii de generare a curentului electric – se numesc reacţii electromotrice active (REMA).

Forţa electromotoare generată de pilă, E, este egală cu suma potenţialelor celor doi electrozi: E = εoxidare + εreducere [ V ]

Potenţialul de reducere al unui electrod, εred, se calculează cu relaţia lui Nernst:

oxidantredred cz

lg059.00 += εε [ V ]

în care: 0redε este potenţialul standard de electrod (se găseşte în tabele);

z reprezintă numărul de electroni implicaţi în procesul de electrod; coxidant reprezintă concentraţia electrolitului din electrod.

Reactivitatea unui metal sau a unei specii ionice poate fi apreciată prin potenţialele standard de

reducere, 0redε , prezentate în Anexa I.

Pentru orice electrod, potenţialul de oxidare este egal şi de semn contrar cu potenţialul de reducere: εox = – εred

Chimie Laborator nr. 6

2

Principiul lucrării constă în: � realizarea pilelor din electrozi de tipul: Pb/ Pb(CH3COO)2; Cu/CuSO4; Al/AlCl 3 şi Zn/ZnSO4 � măsurarea f.e.m. a pilelor construite şi compararea acestora cu valorile calculate.

Modul de lucru: ☞ Pe o hârtie de filtru se fixează spaţiul anodic şi spaţiul catodic, diametral opuse; ☞ Se umectează cele două spaţii cu soluţie de KNO3 4N; ☞ Pe spaţiile umectate se depun cristale din sărurile metalelor şi metalele respective, realizându-se

succesiv pilele posibile cu electrozii menţionaţi; ☞ Se conectează spaţiul anodic cu cel catodic trasând, cu o pipetă, o linie subţire cu soluţie de KNO3

4N; ☞ Se măsoară cu un milivoltmetru tensiunea debitată de pilă, U.

Principiul de calcul: � La concentraţii foarte mari ale soluţiilor de electroliţi – săruri solide umectate – f.e.m se calculează

cu relaţia: 0ox

0red0E ε+ε= [ V ]

� Se calculează randamentul (eficienţa) pilei:

1000

⋅=E

Uη

Rezultatele se prezintă în tabelul:

Pila

Anod Catod 0oxεεεε

[V]

0redεεεε

[V]

E0 [V]

U [V]

ηηηη [%]

Tema: O celulă galvanică este alcatuită dintr-un electrod standard de fier şi un electrod standard de zinc. Să se simbolizeze pila, să se scrie reacţiile care au loc la electrozi, REMA şi să se calculeze f.e.m. a celulei.

Chimie Laborator nr. 6

3

ANEXA I

Potenţialele standard de reducere ale unor metale

Reacţia de reducere Simbol electrod

M / Mz+ 0reducereε [V]

Li+ + e– → Li Li+ / Li –3,045

K+ + e– → K K+ / K –2,925

Ba2+ + 2e– → Ba Ba2+ / Ba –2,906

Ca2+ + 2e– → Ca Ca2+ / Ca –2,867

Na+ + e– → Na Na+ / Na –2,714

Mg2+ + 2e– → Mg Mg2+ / Mg –2,363

Al3+ + 3e– → Al Al3+ / Al –1,662

Mn2+ + 2e– → Mn Mn2+ / Mn –1,180

Zn2+ + 2e– → Zn Zn2+ / Zn –0,763

Cr3+ + 3e– → Cr Cr3+ / Cr –0,744

Fe2+ + 2e– → Fe Fe2+ / Fe –0,440

Co2+ + 2e– → Co Co2+ / Co –0,278

Ni2+ + 2e– → Ni Ni2+ / Ni –0,250

Sn2+ + 2e– → Sn Sn2+ / Sn –0,140

Pb2+ + 2e– → Pb Pb2+ / Pb –0,126

H+ + e– → H H+ / H 0,000

Cu2+ + 2e– → Cu Cu2+ / Cu +0,337

Ag+ + e– → Ag Ag+ / Ag +0,800

Hg2+ + 2e– → Hg Hg2+ / Hg +0,854

Pt2+ + 2e– → Pt Pt2+ / Pt +1,200

Au3+ + 3e– → Au Au3+ / Au +1,498