Stak: hvad det er, hvordan det virker og typer

DET batteri er et system, hvor oxidations-reduktionsreaktionen finder sted. I denne enhed omdannes den kemiske energi, der produceres i den spontane reaktion, til elektrisk energi.

Oxidations- og reduktionsreaktioner forekommer samtidigt i en celle. Når en art gennemgår oxidation, donerer den elektroner til den anden art, som, når den modtager dem, gennemgår reduktion.

Derfor er den, der gennemgår oxidation, reduktionsmidlet, og den, der gennemgår reduktion, er oxidationsmidlet.

DET oxidation opstår, når en art mister elektroner og bliver til en kation: A → A⁺ + og^-.

DET reduktion opstår, når en art får elektroner og bliver elektrisk neutral: B⁺ + og^- → B.

I de kemiske ligninger er dette elektronoverførsel vises ved ændringen i oxidationstallet (nox).

Reduktionsreaktioner sker inde i cellerne, og den elektriske strøm opstår ved migration af elektroner fra den negative til den positive pol.

Hvordan fungerer en stak?

En redoxreaktion kan generelt repræsenteres ved ligningen:

A + B⁺ → A⁺ + B

Hvor,

A: stof, der oxideres, mister elektroner, øger sin værdi og er reduktionsmiddel.

instagram story viewer

B: stof, der undergår reduktion, får elektroner, nedsætter oxidation og er oxidationsmiddel.

Se på det følgende billede, hvordan denne proces kan repræsenteres.

Systemet opdelt i to halvceller og dannet af to metalliske elektroder forbundet eksternt af en ledende ledning blev udviklet af John Frederic Daniell (1790-1845) i 1836.

Batteriet består af to elektroder, forbundet med en ledende ledning, og en elektrolyt, hvor ionerne er. Elektroden er den faste ledende overflade, der tillader udveksling af elektroner.

anode: elektrode, ved hvilken der sker oxidation. Det er også batteriets negative pol.
Katode: elektrode, ved hvilken reduktion sker. Det er også batteriets positive pol.

På billedet ovenfor er metallisk zink anoden og gennemgår oxidation. Metallisk kobber er katoden og undergår reduktion. Migrationen af elektroner (e-) sker fra anoden til katoden gennem den ledende ledning.

Reaktionerne der opstår i billedsystemet er:

anode (oxidation): Zn_(s) → Zn²_(her)+ 2e^-
Katode (reduktion): Cu²⁺_(her) + 2e^- → røv_(s)
generel ligning: Zn_(s)+ røv²⁺_(her) → røv_(s)+ Zn²⁺_(her)

Zink er et metal med en større tendens til at miste elektroner, og derfor dannes der kationer i opløsningen. Zinkelektroden begynder at blive slidt og tabe masse, fordi zink frigives til opløsning, når der dannes Zn-kationer²⁺.

Elektronerne fra anoden ankommer til katoden, og metalkationerne omdannes, når de modtager dem, til metallisk kobber, som aflejres på elektroden og øger dens masse.

Saltbroen er en ionstrøm, der er ansvarlig for cirkulationen af ioner i systemet for at holde det elektrisk neutralt.

Læs også om oxidationstal (nox).

batterityper

I en celle er kemiske arters tendens til at modtage eller donere elektroner bestemt af reduktionspotentialet.

Komponenten med det højeste reduktionspotentiale har en tendens til at gennemgå reduktion, det vil sige at få elektroner. Arten med det laveste reduktionspotentiale og følgelig det højeste oxidationspotentiale har en tendens til at overføre elektroner.

For eksempel i redoxreaktionen Zn⁰_(s) + røv²⁺_(her)→ røv⁰_(s) + Zn²⁺_(her)

Zink oxiderer og donerer elektroner, fordi det har et reduktionspotentiale E⁰= -0,76V, mindre end reduktionspotentialet for kobber E⁰ = +0,34V og derfor modtager den elektroner og gennemgår reduktion.

Se nedenfor for andre eksempler på stakke.