Електрохимията е областта на химията, която изучава реакциите, които включват трансфер на електрони и взаимно преобразуване на химическата енергия в електрическа енергия.
Електрохимията се прилага за производството на много устройства, използвани в нашето ежедневие, като батерии, мобилни телефони, фенерчета, компютри и калкулатори.
Реакции на окисление
В електрохимията изследваните реакции са тези на редокс. Те се характеризират със загуба и печалба от електрони. Това означава, че електронен трансфер от един вид на друг.
Както подсказва името му, окислително-възстановителните реакции протичат в две стъпки:
- Окисление: Загуба на електрони. Елементът, който причинява окисляване, се нарича окислител.
- Намаляване: Електронно усилване. Елементът, който причинява редукцията, се нарича редуциращ агент.
За да знаете обаче кой печели и кой губи електрони, трябва да знаете окислителните числа на елементите. Вижте този редокс пример:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + Н2(ж)
Цинковият елемент (Zn2+) се окислява чрез загуба на два електрона. В същото време това доведе до намаляване на водородния йон. Следователно, това е редуциращият агент.
(Н) йонът+) печели електрон, претърпявайки редукция. В резултат на това предизвика окисляване на цинк. Това е окислител.
знам повече за Окисление.
Батерии и електролиза
Изследването на електрохимията обхваща батерии и електролиза. Разликата между двата процеса е в трансформацията на енергия.
- НА клетката преобразува химическата енергия в електрическа, спонтанно.
- НА електролизата превръща електрическата енергия в химическа енергия, така че не спонтанно.
знам повече за Енергия.
Стекове
Клетката, наричана още електрохимична клетка, е система, в която протича редокс реакцията. Състои се от два електрода и електролит, които заедно произвеждат електричество. Ако свържем две или повече батерии заедно, се формира батерия.
Електродът е твърдата проводима повърхност, която позволява обмена на електрони.
- Електродът, в който се получава окисляване, се нарича анод, представляващ отрицателния полюс на батерията.
- Електродът, на който се извършва редукцията, е катодът, положителният полюс на батерията.
Електроните се освобождават при анода и следват проводящ проводник към катода, където се получава редукция. По този начин потокът на електрони преминава от анод към катод.
Електролитният или солевият мост е електролитният разтвор, който провежда електрони, позволявайки циркулацията им в системата.
През 1836 г. Джон Фредрик Даниел изгражда система, която става известна като Daniell Pile. Той свърза с метален проводник два електрода.
Един електрод се състои от метална цинкова плоча, потопена във воден разтвор на цинков сулфат (ZnSO4), представляваща анода.
Другият електрод се състои от метална медна пластина (Cu), потопена в разтвор на меден сулфат (CuSO4), представляваща катода.
На катода настъпва редукция на мед. Междувременно в анода се извършва окисляването на цинка. Съгласно следната химическа реакция:
Катод: задник2+(aq) + 2e- | → Cu0(и) |
анод: Zn0(и) | → Zn2(aq) + 2e-|
Общо уравнение: Zn0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
"|" представлява фазовите разлики между реагентите и продуктите.
Електролиза
НА електролиза това е реакцията на окисление-редукция, която се случва по неспонтанен начин, причинена от преминаването на електрически ток, идващ от външен източник.
Електролизата може да бъде магматична или водна.
Магматичната електролиза е тази, която се обработва от разтопен електролит, т.е. чрез процеса на сливане.
При водна електролиза използваният йонизиращ разтворител е вода. Във воден разтвор електролизата може да се извърши с инертни електроди или активни (или реактивни) електроди.
приложения
Електрохимията присъства много в ежедневието ни. Някои примери са:
- Реакции в човешкото тяло;
- Производство на различни електронни устройства;
- Зареждане на батерии;
- Галванопластика: покритие на железни и стоманени части с метален цинк;
- Различни видове приложение в химическата промишленост.
Ръждата в металите се образува от окисляването на металното желязо (Fe) до железния катион (Fe2+) когато е в присъствието на въздух и вода. Можем да разглеждаме ръждата като вид електрохимична корозия. Покритието с метален цинк, чрез процеса на галванизация, предотвратява контакта на желязото с въздуха.
Упражнения
1. (FUVEST) - I и II са уравнения на реакции, които протичат спонтанно във вода, в посочения смисъл, при стандартни условия.
I. Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Анализирайки такива реакции, самостоятелно или заедно, може да се каже, че при стандартни условия
а) електроните се прехвърлят от Pb2+ за Fe.
б) между Pb и Zn трябва да възникне спонтанна реакция2+.
в) Zn2+ трябва да е по-добър окислител от Fe2+ .
г) Zn трябва спонтанно да намалява Pb2+ до Pb.
д) Zn2+ трябва да е по-добър окислител от Pb2+.
г) Zn трябва спонтанно да намалява Pb2+ до Pb.
2. (Unip) Предметите от желязо или стомана могат да бъдат защитени от корозия по няколко начина:
I) Покриване на повърхността със защитен слой.
II) Вкарване на предмета в контакт с по-активен метал като цинк.
III) Привеждане на предмета в контакт с по-малко активен метал като мед.
Са правилни:
а) само аз.
б) само II.
в) само III.
г) само I и II.
д) само I и III
г) само I и II.
3. (Fuvest) В купчина от типа, който често се среща в супермаркетите, отрицателният полюс е съставен от външното покритие на цинка. Полуреакцията, която позволява на цинка да функционира като отрицателен полюс, е:
а) Zn+ + и- → Zn
б) Zn2+ + 2e- → Zn
в) Zn → Zn+ + и-
г) Zn → Zn2+ + 2e
д) Zn2+ + Zn → 2Zn+
г) Zn → Zn2+ + 2e
