Elektrokemija je područje kemije koje proučava reakcije koje uključuju prijenos elektrona i međusobno pretvaranje kemijske energije u električnu energiju.
Elektrokemija se primjenjuje u proizvodnji mnogih uređaja koji se koriste u našem svakodnevnom životu, poput baterija, mobitela, svjetiljki, računala i kalkulatora.
Reakcije oksidacije
U elektrokemiji su proučavane reakcije redoks. Karakterizira ih gubitak i dobitak od elektroni. Ovo znači to prijenos elektrona od jedne vrste do druge.
Kao što mu samo ime govori, redoks reakcije odvijaju se u dva koraka:
- Oksidacija: Gubitak elektrona. Element koji uzrokuje oksidaciju naziva se oksidacijskim sredstvom.
- Smanjenje: Porast elektrona. Element koji uzrokuje redukciju naziva se redukcijskim sredstvom.
Međutim, da biste znali tko dobiva, a tko gubi elektrone, morate znati oksidacijske brojeve elemenata. Pogledajte ovaj redoks primjer:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(vodeno) + H2(g)
Cink element (Zn2+) oksidira gubljenjem dva elektrona. Istodobno je uzrokovao smanjenje vodikovog iona. Dakle, to je redukcijsko sredstvo.
(H) ion+) dobiva elektron, podvrgavajući se redukciji. Kao rezultat, izazvao je oksidaciju cinka. To je oksidirajuće sredstvo.
znati više o Oksidacija.
Baterije i elektroliza
Studij elektrokemije obuhvaća baterije i elektrolizu. Razlika između dva procesa je transformacija energije.
- THE stanica pretvara kemijsku energiju u električnu, spontano.
- THE elektroliza pretvara električnu energiju u kemijsku, dakle ne spontano.
znati više o Energija.
Stogovi
Stanica, koja se naziva i elektrokemijska ćelija, sustav je u kojem se odvija redoks reakcija. Sastoji se od dvije elektrode i elektrolita, koji zajedno proizvode struja. Ako spojimo dvije ili više baterija zajedno, nastaje baterija.
Elektroda je čvrsta vodljiva površina koja omogućuje izmjenu elektrona.
- Elektroda u kojoj dolazi do oksidacije naziva se anoda koja predstavlja negativni pol akumulatora.
- Elektroda na kojoj se odvija redukcija je katoda, pozitivni pol baterije.
Elektroni se oslobađaju na anodi i prate provodnu žicu do katode, gdje dolazi do redukcije. Dakle, protok elektrona ide od anode do katode.
Most elektrolita ili soli je otopina elektrolita koja provodi elektrone, omogućujući njihovu cirkulaciju u sustavu.
1836. John Fredric Daniell sagradio je sustav koji je postao poznat kao Daniell Pile. Povezao je, metalnom žicom, dvije elektrode.
Jedna elektroda sastojala se od metalne cink ploče, uronjene u vodenu otopinu cinkovog sulfata (ZnSO4), koji predstavlja anodu.
Druga elektroda sastojala se od metalne bakrene ploče (Cu), uronjene u otopinu bakrenog sulfata (CuSO4), predstavljala je katodu.
Na katodi dolazi do redukcije bakra. U međuvremenu se u anodi odvija oksidacija cinka. Prema sljedećoj kemijskoj reakciji:
Katoda: magarac2+(vod.) + 2e- | → Cu0(s) |
anoda: Zn0(s) | → Zn2(vod.) + 2e-|
Opća jednadžba: Zn0(s) + Cu2+(vodeno) | → Cu0(s) + Zn2+(vodeno) |
"|" predstavlja fazne razlike između reaktanata i proizvoda.
Elektroliza
THE elektroliza to je reakcija redukcije oksidacije koja se događa na nespontani način, uzrokovana prolaskom električne struje koja dolazi iz vanjskog izvora.
Elektroliza može biti magmatska ili vodena.
Magmatska elektroliza je ona koja se prerađuje iz rastaljenog elektrolita, odnosno postupkom fuzije.
U vodenoj elektrolizi, ionizirajuće otapalo je voda. U vodenoj otopini elektroliza se može provesti s inertnim elektrodama ili aktivnim (ili reaktivnim) elektrodama.
aplikacije
Elektrokemija je vrlo prisutna u našem svakodnevnom životu. Neki primjeri su:
- Reakcije u ljudskom tijelu;
- Proizvodnja raznih elektroničkih uređaja;
- Punjenje baterija;
- Galvanizacija: premazivanje željeznih i čeličnih dijelova metalnim cinkom;
- Razne vrste primjene u kemijskoj industriji.
Rđa u metalima nastaje oksidacijom metalnog željeza (Fe) u kation željeza (Fe2+) kada je u prisutnosti zraka i vode. Rđu možemo smatrati vrstom elektrokemijska korozija. Prevlaka metalnim cinkom postupkom galvanizacije sprječava željezo u kontaktu sa zrakom.
Vježbe
1. (FUVEST) - I i II su jednadžbe reakcija koje se spontano događaju u vodi, u navedenom smislu, pod standardnim uvjetima.
Ja Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Analizirajući takve reakcije, same ili zajedno, može se reći da, pod standardnim uvjetima,
a) elektroni se prenose iz Pb2+ za Fe.
b) između Pb i Zn mora doći do spontane reakcije2+.
c) Zn2+ mora biti bolji oksidans od Fe2+ .
d) Zn mora spontano smanjiti Pb2+ do Pb.
e) Zn2+ mora biti bolji oksidans od Pb2+.
d) Zn mora spontano smanjiti Pb2+ do Pb.
2. (Unip) Predmeti od željeza ili čelika mogu se zaštititi od korozije na nekoliko načina:
I) Pokrivanje površine zaštitnim slojem.
II) Dovođenje predmeta u kontakt s aktivnijim metalom kao što je cink.
III) Dovođenje predmeta u kontakt s manje aktivnim metalom, poput bakra.
Su točni:
a) samo ja
b) samo II.
c) samo III.
d) samo I i II.
e) samo I i III
d) samo I i II.
3. (Fuvest) Na hrpi vrste koja se obično nalazi u supermarketima, negativni pol čini vanjska prevlaka cinka. Polureakcija koja omogućuje cinku da djeluje kao negativni pol je:
a) Zn+ + i- → Zn
b) Zn2+ + 2e- → Zn
c) Zn → Zn+ + i-
d) Zn → Zn2+ + 2e
e) Zn2+ + Zn → 2Zn+
d) Zn → Zn2+ + 2e
