Elektrokeemia on keemia valdkond, mis uurib reaktsioone, mis hõlmavad elektronide ülekandmist ja keemilise energia muundumist elektrienergiaks.
Elektrokeemiat kasutatakse paljude meie igapäevaelus kasutatavate seadmete, näiteks akude, mobiiltelefonide, taskulampide, arvutite ja kalkulaatorite tootmiseks.
Oksüdatsioonireaktsioonid
Elektrokeemias on uuritud reaktsioonid redoks. Neid iseloomustab kaotamine ja saamine elektronid. See tähendab seda elektronide ülekanne ühelt liigilt teisele.
Nagu nimigi ütleb, toimuvad redoksreaktsioonid kahes etapis:
- Oksüdeerumine: Elektronide kaotus. Oksüdatsiooni põhjustavat elementi nimetatakse oksüdeerivaks aineks.
- Reduktsioon: Elektronide võimendus. Reduktsiooni põhjustavat elementi nimetatakse redutseerivaks aineks.
Kuid selleks, et teada saada, kes võidab ja kes kaotab elektrone, peate teadma elementide oksüdatsiooninumbreid. Vaadake seda redoksnäidet:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2g)
Tsingi element (Zn2+) oksüdeeritakse kahe elektroni kaotamise teel. Samal ajal põhjustas see vesinikioonide reduktsiooni. Seega on see redutseerija.
(H) ioon+) saab elektroni, läbides redutseerimise. Selle tagajärjel põhjustas see tsingi oksüdeerumist. See on oksüdeeriv aine.
rohkem teada Oksüdeerumine.
Patareid ja elektrolüüs
Elektrokeemia uuring hõlmab akusid ja elektrolüüsi. Nende kahe protsessi erinevus seisneb energia muundumises.
- THE rakk muundab keemilise energia elektrienergiaks, spontaanselt.
- THE elektrolüüs muudab elektrienergia keemiliseks energiaks, nii et mitte spontaanselt.
rohkem teada Energia.
Virnad
Rakk, mida nimetatakse ka elektrokeemiliseks elemendiks, on süsteem, kus toimub redoksreaktsioon. See koosneb kahest elektroodist ja elektrolüüdist, mis koos toodavad elekter. Kui ühendame kaks või enam patareid, moodustub patarei.
Elektrood on tahke juhtiv pind, mis võimaldab elektrone vahetada.
- Elektroodi, milles oksüdeerumine toimub, nimetatakse anoodiks, mis tähistab aku negatiivset poolust.
- Elektrood, millel reduktsioon toimub, on katood, aku positiivne poolus.
Elektronid vabanevad anoodist ja järgnevad juhtme kaudu katoodile, kus toimub reduktsioon. Seega läheb elektronide voog anoodist katoodini.
Elektrolüüt ehk soolasild on elektrolüüdilahus, mis juhib elektrone, võimaldades nende ringlust süsteemis.
1836. aastal ehitas John Fredric Daniell süsteemi, mis sai nimeks Daniell Pile. Ta ühendas metalltraadiga kaks elektroodi.
Üks elektrood koosnes metalltsinkplaadist, mis oli sukeldatud tsinksulfaadi vesilahusesse (ZnSO4), mis tähistab anoodi.
Teine elektrood koosnes metallist vaseplaadist (Cu), mis oli sukeldatud vasksulfaadi (CuSO) lahusesse4), tähistas katoodi.
Katoodi juures toimub vase reduktsioon. Vahepeal toimub anoodis tsingi oksüdeerumine. Vastavalt järgmisele keemilisele reaktsioonile:
Katood: perse2+(aq) + 2e- | → Cu0s) |
anood: Zn0s) | → Zn2(aq) + 2e-|
Üldvõrrand: Zn0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
"|" tähistab reaktiivide ja toodete faaside erinevusi.
Elektrolüüs
THE elektrolüüs see on oksüdeerumis-redutseerimisreaktsioon, mis toimub mittespontaansel viisil, mille põhjustab välisest allikast tulev elektrivool.
Elektrolüüs võib olla tard- või vesilahus.
Tardelektrolüüs on selline, mida töödeldakse sulatatud elektrolüüdist, see tähendab sulandumisprotsessi abil.
Vesilahuselises elektrolüüsis kasutatakse ioniseerivaks lahustiks vett. Vesilahuses võib elektrolüüsi läbi viia inertsete elektroodide või aktiivsete (või reaktiivsete) elektroodidega.
rakendused
Elektrokeemia on meie igapäevases elus väga olemas. Mõned näited on:
- Reaktsioonid inimese kehas;
- Mitmesuguste elektroonikaseadmete tootmine;
- Akude laadimine;
- Galvaniseerimine: rauast ja terasest osade katmine metalltsinkiga;
- Erinevad kasutusviisid keemiatööstuses.
Metallides sisalduv rooste tekib metallilise raua (Fe) oksüdeerumisel raua katiooniks (Fe2+) õhu ja vee juuresolekul. Roostet võime käsitleda kui tüüpi elektrokeemiline korrosioon. Metalltsinkiga katmine galvaanilise katmise teel takistab raua kokkupuudet õhuga.
Harjutused
1. (FUVEST) - I ja II on reaktsioonide võrrandid, mis tekivad spontaanselt vees, näidatud tähenduses, standardsetes tingimustes.
Mina Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Selliseid reaktsioone üksi või koos analüüsides võib öelda, et standardsetes tingimustes
a) elektronid kanduvad üle Pb-st2+ Fe jaoks.
b) Pb ja Zn vahel peab toimuma spontaanne reaktsioon2+.
c) Zn2+ peab olema parem oksüdeerija kui Fe2+ .
d) Zn peab Pb-d spontaanselt vähendama2+ Pb-le.
e) Zn2+ peab olema parem oksüdeerija kui Pb2+.
d) Zn peab Pb-d spontaanselt vähendama2+ Pb-le.
2. (Unip) Rauast või terasest esemeid saab korrosiooni eest kaitsta mitmel viisil:
I) Pinna katmine kaitsekihiga.
II) Eseme kokkupuude aktiivsema metalliga nagu tsink.
III) Eseme kokkupuude vähem aktiivse metalliga nagu vask.
On õiged:
a) ainult mina.
b) ainult II.
c) ainult III.
d) ainult I ja II.
e) ainult I ja III
d) ainult I ja II.
3. (Fuvest) Sellist tüüpi kuhjas, mida tavaliselt leidub supermarketites, koosneb negatiivne poolus tsingi väliskattest. Poolreaktsioon, mis võimaldab tsinkil toimida negatiivse poolusena, on:
a) Zn+ + ja- → Zn
b) Zn2+ + 2e- → Zn
c) Zn → Zn+ + ja-
d) Zn → Zn2+ + 2e
e) Zn2+ + Zn → 2Zn+
d) Zn → Zn2+ + 2e
