|
ELEKTROMOTOR KUVVET
Bir pilin elektro motor kuvveti,pil çalışmadığı zaman pili oluşturan elektrotların potansiyeli arasındaki farka eşittir.Pil çalışırken voltajı düşer.hepimizin tanıdığı kuru pillerin voltajı 1,5 volttur.
Pil çalışırken bu voltaj pilin kullanıldığı yere göre (veya pilden çekilen akıma bağlı olarak) değişir.
Bir pilin elektro motor kuvveti 2yolla bulunabilir.
1-Pilin toplam reaksiyon denkleminden
2-Elektrot potansiyelleri farkından
1-Pilin toplam reaksiyonundan elektromotor kuvvetinin bulunması
Pilin şeması yazılır, anot ve katot reaksiyonları ayrı ayrı gösterilerek toplam reaksiyon oluşturulur.Pilin serbest enerji değişimi
ΔG=ΔG°+RTlnQ
eşitliği ile belirlidir.Pilin elektromotor kuvveti ile serbest enerji değişimi arasındaki bağıntı göz önüne alındığında ,
Epil =E°pil-RT ln [ürünler] = E°pil – 2,303 RT log = [ürünler]
nF [reaktanlar] nF [reaktanlar]
eşitliği elde edilir.Bu denkleme NERNST ifadesi adı verilir.
2-Elektrot potansiyelleri farkından elektromotor kuvvetin hesaplanması:
Bir pilin emk i elektrot potansiyellerinin oksidasyon veya redüksiyon oluşuna bağlı olarak iki şekilde hesaplanabilir.
a) Katotta redüksiyon anotta ise oksidasyon meydana geldiği göz önüne alınarak ;katot için redüksiyon potansiyeli, anot içinse oksidasyon potansiyeli alınır ve aşağıdaki eşitlik kullanılır.
Epil = Eredkatot + Eoksanot
b) Anotta oksidasyon meydana geldiği halde , her iki elektrot içinde redüksiyon potansiyelleri alınarak hesaplama yapılır.Bu durumda aşağıdaki eşitlik kullanılır.
Epil = Eredkatot - Eoksanot
Her iki elektrot potansiyelide redüksiyon potansiyelleri şeklinde kullanıldığında , oksidasyon ve redüksiyon potansiyellerinin ters işaretli olduğu göz önüne alınır ve bu nedenle Eoksanot un önüne ters işaretlisi gelir.
ELEKTROMOTOR KUVVET UYGULAMALARI
Elektromotor kuvvet ölçümlerinde yararlanarak yapılabilen uygulamaların burada sadece isimlerinden bahsedilecek fakat termodinamik fonksiyonların tanımı kısaca açıklanacaktır.EMK uygulamaları aşağıdaki gibi sıralanabilir.
a) Termodinamik fonksiyonlarının (ΔG, ΔH,ΔS) tayini ,
b) Denge sabitlerinin(K) tayini ,
c) Az çözünen tuzların çözünürlüğünün ve çözünürlük sbt lerinin (Kçç )tayini ,
d) Aktivite ve aktivite katsayılarının tayini ,
e) Standart potansiyellerinin (E0)tayini,
f) Madde miktarının tayini ,
g) Çözeltilerin pH larının tayini .
Termodinamik fonksiyonlar arasında ;
ΔG =ΔH- TΔS
Bağıntısını olduğu bilinmektedir.serbest enerji (ΔG) ile emk (E) arasında ise
ΔG=-nEF
Bağıntısını geçerli olduğu belirtilmişti.diğer yandan emk sıcaklığa bağlılığa ve entropi değişimi (ΔS) arasında
ΔS = nF (dE / dT)p
Şeklinde bir bağıntı mevcuttur.ΔG veΔS değerleri ilgili denklemde yerlerine konulursa
ΔG = ΔH - TnF(dE / dT)p
Veya
ΔH = ΔG + TnF(dE / dT)p
Bağınıtıları elde edeilir.burada dE dT sıcaklık değişimine karşılık emk kuvvette meydana gelen değişimdir. (dE / dT)p teriminde alt indis olarak yazılan “p” basıncın sbt olduğunu göstermek için kullanılır.
Örnek ; Daniel pilinin 200C ve 250C deki elektromotor kuvvetleri sırasıyla 1,090 V ve 1,098 V olarak ölçülmüştür.Pilde oluşan reaksiyonu yazınız. Ve 200C deki ΔG değerlerini hesaplayınız ?
Çözüm ;
Daniel pili daha önce görüldüğü gibi
-Zn |Zn2+(sulu)||Cu2+(sulu)|Cu +
şemasıyla gösterilir.Bu pilin elektrod ve pil reaksiyonları
Zn(k) – 2e- à Zn2+(sulu)
Cu2+(sulu) +2e- à Cu(k)
Zn(k) + Cu2+ (sulu) à Zn 2+(sulu) + Cu (k)
Şeklinde yazılabilir.Pilin 200C deki serbest entalpisi (ΔG)
ΔG = - 2 x 1,098 x 96500 = - 211914 J = -211,914 kJ
Örnek ;250C da aşağıda verilen pilin emk sını bulunuz ?
-Zn |Zn2+(0,03M)||Cu2+(0,01M)|Cu +
Çözüm ;
Pildeki reaksiyonlar
Zn(k) – 2e- à Zn2+(0,03M)
Cu2+(0,01M) + 2e- à Cu (k)
Zn(k) + Cu2+(0,01) à Zn2+(0,03) + Cu(k)
Epil= E°pil – RT ln [Zn2+] [Cu] = [Zn] = 1
nF [Cu2+]
Epil= 1,097 – 0,02566 ln 0,03 = 1,083 volt
2 0,01
Örnek ; Cd (k) + 2Ag+(0,1M) à 2Ag(k) + Cd2+(0,03M) tepkimesinin pil reaksiyonunu ve emk sını bulunuz?
Çözüm ;
-Cd|Cd2+(0,03M)||Ag+(0,1M)|Ag+
Epil= E°pil – RT ln [Cd2+]
nF [Ag+]2
Epil=[0,799 – (-0,403)] – 0,02566 ln0,03 = 1,188 V
2 (0,1)2
DENEY
Gerekli Madde ve Malzemeler
- Cu ve Zn elektrot (ince levha veya tel şeklinde)
- CuSO4, ZnSO4, K2SO4 (katı)
- Krokodil bağlı iletken tel
- Voltmetre
- Balon Joje
- Beherglas (2 adet, 300 ml’lik)
- U boru
- Pamuk
- Kıskaç (U boruyu tutturmak için)
Deneyin Yapılışı
1- Aşağıda belirtilen derişimlerde 250 mL Cu ve Zn çözeltileri hazırlayınız. Her grup sadece bir seti hazırlayacaktır. Hangi seti hazırlayacağınızı asistanınızdan öğreniniz. Çözeltileri hazırlamak için önce hesaplamaları yapınız.
|
Hücre No
|
Cu2+ (mol/L)
|
Zn2+ (mol/L)
|
|
1
|
0,05
|
0,50
|
|
2
|
0,25
|
0,50
|
|
3
|
0,50
|
0,50
|
|
4
|
0,50
|
0,25
|
|
5
|
0,50
|
0,05
|
2- Hazırladığınız Cu ve Zn çözeltilerini iki ayrı behere koyunuz. Bu beherler sizin pilinizin yarı hücreleridir.
3- Doygun K2SO4 çözeltisi hazırlayınız ve U borulara doldurunuz. Boruların uçlarını bir parça pamuk ile tıkayınız. Bu hücrenizin tuz köprüsüdür.
(Çözeltiyi hazırlamak için küçük bir behere birkaç spatül dolusu K2SO4 koyun ve üzerine bir miktar saf su ekleyin. Dipte az bir miktar
çözünmeyen tuz kalana kadar saf su ilavesi ve ısıtma ile çözünmeyi sağlayın. Sonra gerekiyorsa kaba süzgeç kağıdından süzün.
4- Cu ve Zn elektrotları zımpara kağıdı ile temizleyiniz kuru bir peçete ile sildikten sonra tartınız. Tartımları not ediniz.
5- Cu elektrodu Cu2+ çözeltisine, Zn elektrodu Zn2+ çözeltisine daldırınız. Elektrotları beherin kenarına krokodillerle tutturunuz.
6- Krokodil bağlı kabloların diğer ucunu voltmetreye bağlayınız.
7- Tuz köprüsünü koymadan Voltmetrede bir akım olup olmadığına bakınız.
8- Tuz köprüsünü uçları çözeltilere girecek şekilde iki beher arasına yerleştiriniz.
9- Voltmetredeki voltajı okuyunuz. Gözlemlerinizi yazınız.
10- Yarım saat sonra elektrotları çıkarınız, sürtmeden dikkatle kurutunuz ve tartınız. Tartımları not ediniz.
Hesaplamalar
1- Her hücre için anot ve katot yarı tepkimeleri ile pil tepkimesini yazınız.
2- Her hücre için başlangıç hücre potansiyellerini Nerst eşitliğini kullanarak bulunuz ve deneysel olarak bulduğunuz değerlerle karşılaştırınız. Ölçümünüzdeki % hatayı hesaplayınız.
3- Oluşturduğunuz galvanik hücreler için maksimum işi Joule cinsinden hesaplayınız.
4- Her hücre için hücre voltajının, log [Zn2+] / [Cu2+] ile değişimini teorik ve deneysel verilere göre çizerek inceleyiniz. Bu değişimin doğrusal mı, değil mi? Nerst eşitliğine bakarak nasıl olması gerektiğini düşününüz.
HESAPLAMALAR:
1- Katot yarı tepkimesi:
Anot yarı tepkimesi:
Pil tepkimesi
2- Teorik Hesaplamalar:
|
Hücre No
|
Cu2+ (mol/L)
|
Zn2+ (mol/L)
|
E0pil
|
Epil(Nerst eşit.)
|
Wmax (jul)
|
|
1
|
0,05
|
0,50
|
|
|
|
|
2
|
0,25
|
0,50
|
|
|
|
|
3
|
0,50
|
0,50
|
|
|
|
|
4
|
0,50
|
0,25
|
|
|
|
|
5
|
0,50
|
0,05
|
|
|
|
3- Deneysel Veriler:
|
Hücre No
|
Epil (okunan)
|
Wmax (jul)
|
|
1
|
|
|
|
2
|
|
|
|
3
|
|
|
|
4
|
|
|
|
5
|
|
|
PERFORMANS DEĞERLENDİRME
Soru-1- Zn(k) + Cl2(1atm) ó ZnCl2 (0,1) reaksiyonun yer aldığı pili oluşturunuz.kutuplarını işaretleyiniz.pilin emk sını bulunuz .
Soru-2- Aşağıdaki reaksiyonları verilen pilleri oluşturunuz.Herbirinin emk sını hesaplayınız.Pillerin kutuplarını işaretleyiniz .
a) H2(atm) + Cl2(atm)ó 2HCl
b) Cu2+(0,05M) ó Cu2+(0,04M)
|
