Měření elektrochemického potenciálu

1. Název a adresa školy: Střední odborné učiliště stavební, Opava, příspěvková organizace, Boženy Němcové 22/2309, 746 01 Opava Název operačního programu: OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost, oblast podpory 1.5 Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0713 Název projektu: Zvyšování klíčových aktivit Předmět, ročník: Elektrická měření, 2. ročník Název sady vzdělávacích materiálů: Metodyelektrického měření Sada číslo: ICT-72B Pořadové číslo vzdělávacího materiálu: 06 Označení vzdělávacího materiálu: VY_32_INOVACE_ICT-72B-06 Téma vzdělávacího materiálu:Měření projevu elektrochemického potenciálu a napětí termočlánku Druh učebního materiálu: Digitální učební materiál, prezentace Autor: Ing. Karel Stacha Anotace: DUM popisuje základní metody a postupy měření elektrické práce; potřebná zařízení - interaktivní pracoviště, kalkulačka, měřicí přístroje, Metodické poznámky: Materiál je vhodný pro učební obory technické Vytvořeno: 15. 6. 2013 Ověření ve výuce: 18. 6. 2013

2. Měření elektrochemického potenciálu Elektrolyty Jsou to roztoky, které vedou elektrický proud, např. vodné roztoky kyselin, zásad a solí; dále i taveniny). Vedení proudu elektrolytem umožňují ionty, ve které se rozpadají molekuly rozpuštěné. Elektrický proud v elektrolytech má podobné vlastnosti jako má elektrický proud při průchodu kovovým vodičem. V okolí elektrolytu je magnetické pole, elektrolyt se průchodem proudu zahřívá, vzdálíme-li od sebe elektrody, nebo snížíme-li hladinu elektrolytu, proud se zmenší; platí tedy vztah: kde l vzdálenost elektrod, S plocha vodiče.

3. Měření elektrochemického potenciálu Potenciálový rozdíl Kov, např. zinek, je ponořen do čisté vody. Účinkem silně polárních molekul vody se ionty zinku tvořící krystalovou mříž kovu hydratují, jejich vazba s ostatními ionty se zeslabuje a jisté množství iontů se od kovu odštěpuje a přechází do vody v blízkosti povrchu kovu. Voda se tak nabíjí kladně, destička záporně. Ionty Zn2+ se však nerozptylují po roztoku, neboť jsou záporně nabitým kovem přitahovány zase zpět. Mezi ionty přešlými do roztoku a mezi opačně nabitým kovem vzniká elektrické pole, které brání vnikání dalších iontů kovu do vody. V soustavě vzniká rovnováha, mezi kovem a vodou je potenciálový rozdíl. U různých kovů jsou při této rovnováze různé potenciálové rozdíly a různé koncentrace iontů v roztoku.

4. Měření elektrochemického potenciálu Ušlechtilé kovy Ušlechtilejší kovy uvolňují do roztoku menší počet iontů než kovy méně ušlechtilé, neboť se v nich ionty a valenční elektrony přitahují větší silou. Proto potenciálový rozdíl mezi Cu a vodou je menší než mezi Zn a vodou. Podobný děj probíhá, když ponoříme kov do roztoku místo do čisté vody. Kovy, jejichž ionty mají silnou schopnost přecházet do roztoku, nabíjejí se i zde záporně, ale v menší míře než v čisté vodě. Naproti tomu kovy, jejichž ionty mají slabou schopnost se rozpouštět, nabíjejí se kladně, neboť ionty obsažené v roztoku se na kovu vylučují před dosažením rovnováhy rychleji, než nastává přechod iontů z kovu do roztoku.

5. Měření elektrochemického potenciálu V-A charakteristika elektrolytického vodiče Experiment, kdy měříme závislost proudu na elektrickém napětí mezi elektrodami, tj. VA charakteristiku elektrolytického vodiče ukazuje, že nastávají dvě rozdílné situace:

6. Měření elektrochemického potenciálu V-A charakteristika elektrolytického vodiče 1. Do napětí Ur neprotéká proud, protože na přechodu elektroda elektrolyt vzniká elektrochemický článek, který působí proti elektromotorickému napětí zdroje U. Napětí Ur se nazývá polarizační napětí.

7. Měření elektrochemického potenciálu V-A charakteristika elektrolytického vodiče 2. Na povrchu elektrod a v okolí nenastávají chemické změny. Ohmův zákon platí. Polarizaci lze odstranit vhodnými látkami, které ruší polarizaci a nazývají se depolarizátory.

8. Měření elektrochemického potenciálu Využití jevu Elektrochemické články Články primární nelze po vybití znovu nabít, baterie. Články sekundární lze nabíjet (a vybíjet) opakovaně, akumulátory. Elektrometalurgie Průmyslový obor, který se zabývá výrobou nebo čištěním (rafinací) kovů elektrolýzou. Vysoušení zdí V cihle, maltě, betonu a jiných stavebních materiálech jsou kapiláry, kterými vzlíná voda od základů stavby vzhůru a zvlhčuje stěny zdí. Ve vodě jsou rozpuštěny různé soli, a tak zdivem vlastně vzlíná elektrolyt. Galvanické pokovování Obor, který se zabývá pokovováním povrchů různých kovových předmětů elektrolytickým způsobem. Galvanoplastika Elektrolytický způsob výroby kovových povlaků silných i několik milimetrů. Polarografie Elektrochemická analytická metoda založená na měření vzájemné závislosti napětí a proudu při elektrolýze zkoumaného roztoku pomocí polarizované (rtuťové kapkové) a nepolarizované elektrody (prof. J. Heyrovský).

9. Měření elektrochemického potenciálu Úkoly • Změřte elektrochemické napětí mezi dvojicemi kovů. • Výsledky si zapište do přehledné tabulky s údajem, který kov byl anodou. • Výsledky překreslete do osy podle ušlechtilosti kovů. • Který kov byl nejušlechtilejší a který byl nejméně ušlechtilý. • Jaké největší napětí a mezi kterými kovy jste zjistili? • Jaké napětí vznikne mezi elektrodami ze stejného kovu? • Bude vznikat rozdíl potenciálů mezi předměty z drahých kovů ( zlato, stříbro, apod.)? • Vyzkoušejte, zda vznikne elektrochemické napětí mezi elektrodami, které jsou v elektrolytu, ale dotýkají se. • Vyzkoušejte článek sestavený z kovových mincí, toaletního papíru a jako elektrolyt použijte sliny. 10. Elektrokoroze je nechtěný výskyt elektrolýzy na elektrickém zařízení. Jak se lze proti němu bránit?

10. Měření termoelektrického napětí Termoelektrický článek Článek vznikne pevným spojením dvou konců různých kovů. Když tento konec zahřejeme, na volných koncích se objeví napětí. Toto napětí je úměrné teplotě. Průběhy napětí termočlánků v závislosti na teplotě.

11. Měření termoelektrického napětí Termoelektrický článek Termoelektrické napětí lze vyjádřit vztahem: k- konstanta článku Tabulka hodnot používaných článků

12. Měření termoelektrického napětí Měření termočlánku • Nad lihovým kahanem nahřívejte termočlánek a voltmetrem měřte napětí, zjistěte, které místo plamene je nejteplejší. • Ve vodní lázni nahřívejte termočlánek, teplotu měřte lihovým laboratorním teploměrem. Pro každou teplotu poznačte napětí. • Z naměřených hodnot vyneste charakteristiku termočlánku U=fce(T).

13. Doporučená literatura Zdroje Obrázky, tabulky: archív autora