Relazione laboratorio (pila), Chimica fisica

Relazione Pila Weston

Relazione esperienza di laboratorio

Grandezze termodinamiche da misure di FEM

Corso: Laboratorio di Chimica fisica 1

CCL: Chimica

Docente: Prof.ssa Anita Scipioni

Esperienza: n°2

Scopo dell'esperienza

Determinare l'equazione della retta di fitting che mette in relazione l'andamento della fem della pila Weston con il variare della temperatura; in modo da ricavare agevolmente le grandezze termodinamiche del processo elettromotore della cella stessa.

Materiali e strumentazione

• Pila Weston già allestita;
• Termocriostato con regolazione temperatura;
• Termoresistenza;
• Computer con interfaccia per archiviazione dati;

Principio del metodo

Nella cella Weston avvengono le reazioni di ossidoriduzione che generano la forza elettromotrice secondo le redox:

Cd(Hg) → Cd + 2e^-

Hg₂SO₄ + 2e^- → 2Hg + SO₄^2-

Elettrodo di sinistra (anodo) Elettrodo di destra (catodo)

Misurando i valori di fem (E) di celle elettrochimiche che lavorano in condizioni di reversibilità, è possibile determinare grandezze termodinamiche delle reazioni chimiche che costituiscono il processo elettromotore della pila. Ipotizzando che venga prodotto solo lavoro elettrico è possibile determinare il valore di energia libera secondo l'equazione:

ΔG = -nFE

Dove n è il numero di elettroni scambiati nella reazione e F la carica di una mole di elettroni (96485 C/mol). L'entropia del processo è quindi proporzionale al coefficiente termico della pila e vale:

ΔS = -nF (∂E/∂T)_p

Ora dalla relazione ΔG = ΔH - TΔS è possibile estrapolare il valore di entalpia del processo dalle equazioni precedenti:

ΔH = nF [E - T (∂E/∂T)_p]

E abbiamo ottenuto tutti i valori di grandezze termodinamiche del processo in questione.

Elaborazione dati

I valori di fem e temperatura archiviati durante l'esperienza permettono di elaborare un grafico che rende l'idea dell'andamento della forza elettromotrice al variare della temperatura; la cella Weston è una pila con ΔG negativo quindi all'aumentare della temperatura avremo una diminuzione della fem come si può vedere dal grafico:

Ad ogni variazione di temperatura corrisponde una variazione di fem; quando negli intervalli entrambe diventano costanti, è possibile determinare un valore medio. In questo modo possiamo costruire, tramite il fitting lineare, una retta dove la sua equazione esprime il comportamento del sistema.