Elektrochemie je oblast chemie, která studuje reakce, které zahrnují přenos elektronů a interkonverzi chemické energie na elektrickou energii.
Elektrochemie se používá při výrobě mnoha zařízení používaných v našem každodenním životě, jako jsou baterie, mobilní telefony, baterky, počítače a kalkulačky.
Oxidační reakce
V elektrochemii jsou studovanými reakcemi reakce redox. Vyznačují se ztrátou a ziskem elektrony. Tohle znamená tamto elektronový přenos z jednoho druhu na druhý.
Jak název napovídá, redoxní reakce probíhají ve dvou krocích:
- Oxidace: Ztráta elektronů. Prvek, který způsobuje oxidaci, se nazývá oxidační činidlo.
- Snížení: Zisk elektronů. Prvek, který způsobuje redukci, se nazývá redukční činidlo.
Chcete-li však vědět, kdo získává a kdo ztrácí elektrony, musíte znát oxidační čísla prvků. Viz tento redoxní příklad:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(G)
Zinkový prvek (Zn2+) se oxiduje ztrátou dvou elektronů. Současně to způsobilo redukci iontu vodíku. Jedná se tedy o redukční činidlo.
(H) iont
+) získá elektron, který prochází redukcí. Ve výsledku způsobil oxidaci zinku. Jedná se o oxidační činidlo.vědět více o Oxidace.
Baterie a elektrolýza
Studium elektrochemie zahrnuje baterie a elektrolýzu. Rozdíl mezi těmito dvěma procesy spočívá v transformaci energie.
- THE buňka převádí chemickou energii na elektrickou energii, spontánně.
- THE elektrolýza přeměňuje elektrickou energii na energii chemickou, takže ne spontánně.
vědět více o Energie.
Hromádky
Buňka, nazývaná také elektrochemický článek, je systém, ve kterém dochází k redoxní reakci. Skládá se ze dvou elektrod a elektrolytu, které společně produkují elektřina. Pokud spojíme dvě nebo více baterií dohromady, vytvoří se baterie.
Elektroda je pevný vodivý povrch, který umožňuje výměnu elektronů.
- Elektroda, ve které dochází k oxidaci, se nazývá anoda, což představuje záporný pól baterie.
- Elektrodou, na které dochází k redukci, je katoda, kladný pól baterie.
Elektrony se uvolňují na anodě a sledují vodivý drát ke katodě, kde dochází k redukci. Tok elektronů tedy přechází z anody na katodu.
Elektrolytový nebo solný můstek je roztok elektrolytu, který vede elektrony a umožňuje jejich cirkulaci v systému.
V roce 1836 John Fredric Daniell vybudoval systém, který se stal známým jako Daniell Pile. Propojil pomocí kovového drátu dvě elektrody.
Jedna elektroda sestávala z kovové zinkové desky ponořené do vodného roztoku síranu zinečnatého (ZnSO4), představující anodu.
Druhá elektroda sestávala z kovové měděné desky (Cu), ponořené do roztoku síranu měďnatého (CuSO4), představoval katodu.
Na katodě dochází k redukci mědi. Mezitím v anodě probíhá oxidace zinku. Podle následující chemické reakce:
Katoda: prdel2+(aq) + 2e- | → Cu0s) |
anoda: Zn0s) | → Zn2(aq) + 2e-|
Obecná rovnice: Zn0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
„|“ představuje fázové rozdíly mezi reaktanty a produkty.
Elektrolýza
THE elektrolýza jedná se o oxidačně-redukční reakci, která probíhá spontánně a je způsobena průchodem elektrického proudu přicházejícího z vnějšího zdroje.
Elektrolýza může být magmatická nebo vodná.
Ignáózní elektrolýza je elektrolýza, která se zpracovává z roztaveného elektrolytu, tj. Fúzním procesem.
Při vodné elektrolýze se jako ionizační rozpouštědlo používá voda. Ve vodném roztoku lze elektrolýzu provádět inertními elektrodami nebo aktivními (nebo reaktivními) elektrodami.
aplikace
Elektrochemie je v našem každodenním životě velmi přítomná. Některé příklady jsou:
- Reakce v lidském těle;
- Výroba různých elektronických zařízení;
- Nabíjení baterií;
- Galvanické pokovování: povlakování železných a ocelových dílů kovovým zinkem;
- Různé typy aplikací v chemickém průmyslu.
Rez v kovech vzniká oxidací kovového železa (Fe) na železný kation (Fe2+) v přítomnosti vzduchu a vody. Můžeme považovat rez za typ elektrochemická koroze. Povlak kovovým zinkem, galvanickým pokovováním, zabraňuje kontaktu železa se vzduchem.
Cvičení
1. (FUVEST) - I a II jsou rovnice reakcí, ke kterým dochází ve vodě spontánně, v uvedeném smyslu, za standardních podmínek.
I. Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Analýzou těchto reakcí, samostatně nebo společně, lze říci, že za standardních podmínek
a) elektrony jsou přeneseny z Pb2+ pro Fe.
b) mezi Pb a Zn musí nastat spontánní reakce2+.
c) Zn2+ musí být lepší okysličovadlo než Fe2+ .
d) Zn musí spontánně snížit Pb2+ na Pb.
e) Zn2+ musí být lepší okysličovadlo než Pb2+.
d) Zn musí spontánně snížit Pb2+ na Pb.
2. (Unip) Železné nebo ocelové předměty lze chránit před korozí několika způsoby:
I) Zakrytí povrchu ochrannou vrstvou.
II) Uvedení předmětu do kontaktu s aktivnějším kovem, jako je zinek.
III) Uvedení předmětu do kontaktu s méně aktivním kovem, jako je měď.
Jsou správně:
a) pouze já
b) pouze II.
c) pouze III.
d) pouze já a II.
e) pouze já a III
d) pouze já a II.
3. (Fuvest) Na hromadě typu, který se běžně vyskytuje v supermarketech, je negativní pól tvořen vnějším povlakem zinku. Semi-reakce, která umožňuje zinku fungovat jako záporný pól, je:
a) Zn+ + a- → Zn
b) Zn2+ + 2e- → Zn
c) Zn → Zn+ + a-
d) Zn → Zn2+ + 2e
e) Zn2+ + Zn → 2Zn+
d) Zn → Zn2+ + 2e
