Υπολογισμός του δυναμικού μιας μπαταρίας

Ο υπολογισμός του δυναμικού ενός μπαταρία εκτελείται όταν θέλετε να μάθετε εκ των προτέρων (πριν από τη συναρμολόγηση) ποια θα είναι η τάση, emf (ηλεκτροκινητική δύναμη) ή ddp (πιθανή διαφορά) που ένα δεδομένο κελί θα παράγει από δύο μέταλλα με διαφορετικά χαρακτηριστικά.

Ο όρος χρησιμοποιήθηκε εκ των προτέρων επειδή, εάν θέλουμε να μετρήσουμε την τάση οποιασδήποτε συσκευής, είτε κυψέλης είτε μπαταρίας, πρέπει απλώς να χρησιμοποιήσουμε ένα πολύμετρο.

Κάθε μέταλλο που συμμετέχει στη σύνθεση της ανόδου και της καθόδου του κελιού έχει διαφορετικό ικανότητες να υποστούν οξείδωση (ικανότητα απώλειας ηλεκτρονίων) και μείωση (ικανότητα κέρδους ηλεκτρόνια). Αυτή η ικανότητα οξειδώσεως ή μείωσης ονομάζεται δυναμικό. Επομένως, τα μέταλλα που αποτελούν το ηλεκτρόδιο μιας κυψέλης μπορεί να έχουν:

• Τυπικό δυναμικό μείωσης (E_{το κόκκινο}): είναι η ικανότητα του ηλεκτροδίου να υποστεί το φαινόμενο μείωσης. Αυτό το δυναμικό μετριέται σε βολτ (V) και η τιμή του είναι η ίδια με το τυπικό δυναμικό οξείδωσης, αλλά με το αντίθετο σημείο.

• Τυπικό δυναμικό οξείδωσης (E_οξυ): είναι η ικανότητα του ηλεκτροδίου να υποφέρει το φαινόμενο της οξείδωσης. Αυτό το δυναμικό μετριέται σε βολτ (V) και η τιμή του είναι η ίδια με το τυπικό δυναμικό μείωσης, αλλά με το αντίθετο σύμβολο.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Ένα τυπικό δυναμικό μπορεί να επηρεαστεί από τη θερμοκρασία και τη συγκέντρωση των διαλυμάτων που χρησιμοποιούνται για τη συναρμολόγηση του σωρού.

Να εκτελέσει υπολογίζοντας το δυναμικό μιας μπαταρίας, Πρέπει να γνωρίζουμε τις τιμές των τυπικών δυνατοτήτων, είτε οξείδωσης είτε μείωσης, και να ισχύουν στα ακόλουθα Μαθηματική εξίσωση:

ΔΕ = Ε_{το κόκκινο} (μεγαλύτερο) - Και_{το κόκκινο} (μικρότερος)

ή

ΔΕ = Ε_οξυ (μεγαλύτερο) - Και_οξυ (μικρότερος)

• ΔE = παραλλαγή του δυναμικού μιας μπαταρίας (emf ή ddp).

Αυτή η εξίσωση χρησιμοποιεί την πιθανή διακύμανση επειδή, όπως στη συσκευή, συμβαίνει οξείδωση και μείωση, το μέτρο του δυναμικού θα δοθεί απλά αφαιρώντας το δυναμικό καθενός από τα ηλεκτρόδια (μέταλλα).

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Μπορούμε να πούμε ότι δουλεύουμε με ένα stack όταν το ντουπολογισμός των πιθανών αποτελεσμάτων σε θετική τιμή.

Τώρα ακολουθήστε μερικά παραδείγματα ερωτήσεων που αφορούν το ντουπολογισμός του δυναμικού μιας μπαταρίας:

Παράδειγμα 1: (UFSC-SP) Δεδομένων των ημι-αντιδράσεων:

2 Φε⁺² → 2 Φε⁺³ + 2 και Ε_οξυ = - 0,77 V

2 Cl^-1 → 1 Cl₂ + 2 και Ε_οξυ = - 1,36V

Υπολογίστε την πιθανότητα της αντίδρασης παρακάτω (στοίβα) και πείτε εάν είναι αυθόρμητη ή όχι, ελέγχοντας τη σωστή επιλογή:

Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση;)

2 Φε⁺² + Cl₂ → 2 Φε⁺³ + 2 Cl^-1

a) - 0,59V, δεν είναι αυθόρμητο

β) 0,59 V, δεν είναι αυθόρμητο

γ) 0,59 V, είναι αυθόρμητο

d) - 2,13 V, δεν είναι αυθόρμητο

ε) 2,13 V, είναι αυθόρμητο

Ανάλυση:

Καθώς η άσκηση σας ζητά να προσδιορίσετε την τιμή του δυναμικού της μπαταρίας, απλώς αναλύστε τις δυνατότητες οξείδωσης που παρέχονται για να κρίνετε ποιο είναι το υψηλότερο και ποιο είναι το χαμηλότερο:

2 Φε⁺² → 2 Φε⁺³ + 2 και Ε_οξυ = - 0,77 V (Αυτό είναι το μεγαλύτερο)

2 Cl^-1 → 1 Cl₂ + 2 και Ε_οξυ = - 1,36V (Αυτό είναι το μικρότερο)

Στη συνέχεια, απλώς εφαρμόστε τον στον τύπο υπολογισμού του δυναμικού μιας μπαταρίας:

ΔΕ = Ε_οξυ (μεγαλύτερο) - Και_οξυ (μικρότερος)

ΔΕ = - 0,77 - (-1,36)

ΔΕ = - 0,77 + 1,36

ΔΕ = + 0,59V

Καθώς το δυναμικό που βρέθηκε έχει θετική αξία, έχουμε μια αυθόρμητη διαδικασία. Γράμμα ντο).

Παράδειγμα 2: (UFMS) Εξετάστε τις ημι-αντιδράσεις, που αναφέρονται παρακάτω, με τις αντίστοιχες τυπικές δυνατότητες μείωσής τους, σε βολτ (V):

Αγ⁺ + και → Ag E_{το κόκκινο} = 0,80V

Γάιδαρος⁺² + 2 και → Cu E_{το κόκκινο} = 0,34V

Υπολογίστε την πιθανότητα της αντίδρασης παρακάτω (στοίβα) και πείτε εάν είναι αυθόρμητη ή όχι, ελέγχοντας τη σωστή επιλογή:

Cu + 2 Ag⁺→ Cu⁺² + 2 Ag

α) - 4,6 V

β) - 0,46 V

γ) + 0,46 V

δ) + 1,14V

ε) - 1,14 V

Ανάλυση:

Καθώς η άσκηση σας ζητά να καθορίσετε την αξία του δυναμικού της στοίβας, απλά πρέπει να κοιτάξετε τις παρεχόμενες δυνατότητες μείωσης για να κρίνετε ποια είναι η μεγαλύτερη και ποια είναι η μικρότερη:

Αγ⁺ + και → Ag E_{το κόκκινο} = 0,80V (Αυτό είναι το μεγαλύτερο)

Γάιδαρος⁺² + 2 και → Cu E_{το κόκκινο} = 0,34V (Αυτό είναι το μικρότερο)

Στη συνέχεια, απλώς εφαρμόστε τον στον τύπο υπολογισμού του δυναμικού μιας μπαταρίας:

ΔΕ = Ε_{το κόκκινο} (μεγαλύτερο) - Και_{το κόκκινο} (μικρότερος)

ΔE = 0,80 - (0,34)

ΔΕ = 0,80 - 0,34

ΔΕ = + 0,46V

Καθώς το δυναμικό που βρέθηκε έχει θετική αξία, έχουμε μια αυθόρμητη διαδικασία. Γράμμα ντο).

Από μένα. Diogo Lopes Dias

Θα θέλατε να αναφέρετε αυτό το κείμενο σε σχολείο ή ακαδημαϊκό έργο; Κοίτα:

DAYS, Diogo Lopes. "Υπολογισμός του δυναμικού ενός κελιού". Σχολείο της Βραζιλίας. Διαθέσιμο σε: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-potencial-uma-pilha.htm. Πρόσβαση στις 28 Ιουνίου 2021.