Sähkökemia on kemian alue, joka tutkii reaktioita, joihin liittyy elektronien siirtymistä ja kemiallisen energian muuntumista sähköenergiaksi.
Sähkökemiaa käytetään monien jokapäiväisessä elämässämme käytettävien laitteiden, kuten akkujen, matkapuhelinten, taskulamppujen, tietokoneiden ja laskinten, valmistuksessa.
Hapetusreaktiot
Sähkökemiassa tutkitut reaktiot ovat redox. Niille on ominaista menetys ja voitto elektronit. Tämä tarkoittaa, että elektronien siirto lajista toiseen.
Kuten nimestään käy ilmi, redox-reaktioita tapahtuu kahdessa vaiheessa:
- Hapetus: Elektronien menetys. Hapettumista aiheuttavaa elementtiä kutsutaan hapettimeksi.
- Vähennys: Elektronivahvistus. Pelkistyksen aiheuttavaa elementtiä kutsutaan pelkistimeksi.
Kuitenkin, jotta tiedät kuka saa ja kuka menettää elektroneja, sinun on tiedettävä alkuaineiden hapetusnumerot. Katso tämä redox-esimerkki:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
Sinkkielementti (Zn2+) hapetetaan menettämällä kaksi elektronia. Samanaikaisesti se aiheutti vetyionin pelkistyksen. Siksi se on pelkistin.
(H) -ioni+) saa elektronin pelkistyneenä. Seurauksena se aiheutti sinkin hapettumisen. Se on hapettava aine.
tietää enemmän Hapetus.
Paristot ja elektrolyysi
Sähkökemian tutkimus käsittää paristot ja elektrolyysin. Kahden prosessin ero on energian muunnos.
- THE solu muuntaa kemiallisen energian sähköenergiaksi, spontaanisti.
- THE elektrolyysi muuntaa sähköenergian kemialliseksi energiaksi, joten ei spontaanisti.
tietää enemmän Energia.
Pinot
Solu, jota kutsutaan myös sähkökemialliseksi soluksi, on järjestelmä, jossa tapahtuu redox-reaktio. Se koostuu kahdesta elektrodista ja elektrolyytistä, jotka yhdessä tuottavat sähköä. Jos yhdistämme kaksi tai useampia paristoja yhteen, muodostuu paristo.
Elektrodi on kiinteä johtava pinta, joka mahdollistaa elektronien vaihdon.
- Elektrodia, jossa hapettuminen tapahtuu, kutsutaan anodiksi, joka edustaa akun negatiivista napaa.
- Elektrodi, jolla pelkistys tapahtuu, on katodi, pariston positiivinen napa.
Elektronit vapautuvat anodista ja seuraavat johtavaa johtoa katodiin, missä tapahtuu pelkistys. Siten elektronien virtaus kulkee anodista katodiin.
Elektrolyytti tai suolasilta on elektrolyyttiliuos, joka johtaa elektroneja ja sallii niiden liikkumisen järjestelmässä.
Vuonna 1836 John Fredric Daniell rakensi järjestelmän, joka tunnettiin nimellä Daniellin kasa. Hän yhdisti kaksi elektrodia metallilangalla.
Yksi elektrodi koostui metallisesta sinkkilevystä, upotettuna sinkkisulfaatin vesiliuokseen (ZnSO4), joka edustaa anodia.
Toinen elektrodi koostui metallisesta kuparilevystä (Cu), upotettuna kuparisulfaattiliuokseen (CuSO4), edustaa katodia.
Katodissa tapahtuu kuparin pelkistys. Samaan aikaan anodissa tapahtuu sinkin hapettuminen. Seuraavan kemiallisen reaktion mukaan:
Katodi: perse2+(aq) + 2e- | → Cu0(t) |
anodi: Zn0(t) | → Zn2(aq) + 2e-|
Yleinen yhtälö: Zn0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
"|" edustaa reaktioiden ja tuotteiden välisiä faasieroja.
Elektrolyysi
THE elektrolyysi se on redox-reaktio, joka tapahtuu ei-spontaanisti, johtuen ulkoisesta lähteestä tulevan sähkövirran kulusta.
Elektrolyysi voi olla magma- tai vesipitoista.
Magmaelektrolyysi on sellainen, joka prosessoidaan sulasta elektrolyytistä, toisin sanoen fuusioprosessilla.
Vesipitoisessa elektrolyysissä käytetty ionisoiva liuotin on vesi. Vesiliuoksessa elektrolyysi voidaan suorittaa inertillä elektrodilla tai aktiivisella (tai reaktiivisella) elektrodilla.
sovellukset
Sähkökemia on hyvin läsnä jokapäiväisessä elämässämme. Joitakin esimerkkejä ovat:
- Reaktiot ihmiskehossa;
- Erilaisten elektronisten laitteiden valmistus;
- Akkujen lataus;
- Galvanointi: rauta- ja teräsosien päällystäminen metallisinkillä;
- Erilaisia sovelluksia kemianteollisuudessa.
Metalliruoste muodostuu hapettamalla metallirauta (Fe) rautakationiksi (Fe2+) ilman ja veden läsnä ollessa. Voimme pitää ruostetta eräänlaisena sähkökemiallinen korroosio. Metallisinkillä päällystys galvanointiprosessin kautta estää raudan joutumasta kosketuksiin ilman kanssa.
Harjoitukset
1. (FUVEST) - I ja II ovat reaktioyhtälöitä, jotka tapahtuvat spontaanisti vedessä ilmoitetussa merkityksessä vakio-olosuhteissa.
I. Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Analysoimalla tällaisia reaktioita yksin tai yhdessä voidaan sanoa, että vakio-olosuhteissa
a) elektronit siirtyvät Pb: stä2+ Fe: lle.
b) Spontaanin reaktion on tapahduttava Pb: n ja Zn: n välillä2+.
c) Zn2+ on oltava parempi hapetin kuin Fe2+ .
d) Zn: n on spontaanisti vähennettävä Pb: tä2+ Pb: lle.
e) Zn2+ on oltava parempi hapetin kuin Pb2+.
d) Zn: n on spontaanisti vähennettävä Pb: tä2+ Pb: lle.
2. (Unip) Rauta- tai teräsesineitä voidaan suojata korroosiolta monin tavoin:
I) Pinnan peittäminen suojakerroksella.
II) Esineen saattaminen kosketuksiin aktiivisemman metallin, kuten sinkin kanssa.
III) Esineen saattaminen kosketukseen vähemmän aktiivisen metallin, kuten kuparin, kanssa.
Ovat oikein:
a) vain minä
b) vain II.
c) vain III.
d) vain I ja II.
e) vain I ja III
d) vain I ja II.
3. (Fuvest) Supermarketeissa tavallisesti löydettävässä kasassa negatiivinen napa muodostuu sinkin ulkopinnasta. Puolireaktio, jonka avulla sinkki voi toimia negatiivisena napana, 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
