אלקטרוכימיה היא תחום הכימיה החוקר את התגובות הכרוכות בהעברת אלקטרונים והפיכת האנרגיה הכימית לאנרגיה חשמלית.
אלקטרוכימיה מיושמת בייצור מכשירים רבים המשמשים בחיי היומיום שלנו, כגון סוללות, טלפונים סלולריים, פנסים, מחשבים ומחשבונים.
תגובות חמצון
בתחום האלקטרוכימיה התגובות הנחקרות הן של חמצון מחדש. הם מאופיינים באובדן והרווח של אלקטרונים. זה אומר ש העברת אלקטרונים ממין אחד למשנהו.
כשמו כן הוא, תגובות חיזור מתרחשות בשני שלבים:
- חִמצוּן: אובדן אלקטרונים. היסוד הגורם לחמצון נקרא חומר מחמצן.
- צִמצוּם: רווח אלקטרונים. האלמנט הגורם להפחתה נקרא סוכן ההפחתה.
עם זאת, כדי לדעת מי מרוויח ומי מאבד אלקטרונים, עליכם לדעת את מספרי החמצון של היסודות. עיין בדוגמה זו של החמצון:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(ז)
אלמנט האבץ (Zn2+) מחומצן על ידי איבוד שני אלקטרונים. במקביל, הוא גרם להפחתת יון המימן. לפיכך, הוא גורם הצמצום.
היון (H)+) צובר אלקטרון, עובר צמצום. כתוצאה מכך הוא גרם לחמצון של אבץ. זהו החומר המחמצן.
לדעת יותר על חִמצוּן.
סוללות ואלקטרוליזה
חקר האלקטרוכימיה כולל סוללות ואלקטרוליזה. ההבדל בין שני התהליכים הוא טרנספורמציה אנרגטית.
- ה תא ממיר אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית, באופן ספונטני.
- ה אלקטרוליזה ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיה כימית, אז לא באופן ספונטני.
לדעת יותר על אֵנֶרְגִיָה.
ערימות
התא, הנקרא גם תא אלקטרוכימי, הוא מערכת בה מתרחשת תגובת החמצון. הוא מורכב משתי אלקטרודות ואלקטרוליט, המייצרות יחד חַשְׁמַל. אם נחבר שתי סוללות או יותר יחד, נוצרת סוללה.
האלקטרודה היא המשטח המוליך המוצק המאפשר החלפת אלקטרונים.
- האלקטרודה בה מתרחשת חמצון נקראת אנודה, המייצגת את הקוטב השלילי של הסוללה.
- האלקטרודה שעליה מתרחשת ההפחתה היא הקתודה, הקוטב החיובי של הסוללה.
האלקטרונים משתחררים באנודה ועוקבים אחר חוט מוליך לקתודה, שם מתרחשת הפחתה. לפיכך, זרימת האלקטרונים עוברת מאנודה לקתודה.
גשר האלקטרוליט או המלח הוא תמיסת האלקטרוליטים המוליכה אלקטרונים, ומאפשרת את זרימתם במערכת.
בשנת 1836, ג'ון פרדריק דניאל בנה מערכת שנודעה בשם דניאל ערימה. הוא התחבר, עם חוט מתכתי, עם שתי אלקטרודות.
אלקטרודה אחת כללה לוחית אבץ מתכתית, שקועה בתמיסה מימית של אבץ גופרתי (ZnSO4), המייצג את האנודה.
האלקטרודה השנייה כללה לוחית נחושת מתכתית (Cu), שקועה בתמיסה של סולפט נחושת (CuSO4), ייצג את הקתודה.
בקתודה מתרחשת צמצום נחושת. בינתיים, באנודה חמצון האבץ מתרחש. על פי התגובה הכימית הבאה:
קָטוֹדָה: תחת2+(aq) + 2e- | → Cu0(ים) |
אָנוֹדָה: זן0(ים) | → Zn2(aq) + 2e-|
משוואה כללית: זן0(ים) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
ה" | " מייצג את הבדלי השלב בין מגיבים ומוצרים.
הַפרָדָה חַשְׁמָלִית
ה הַפרָדָה חַשְׁמָלִית זוהי התגובה להפחתת החמצון המתרחשת בצורה לא ספונטנית, הנגרמת על ידי מעבר זרם חשמלי המגיע ממקור חיצוני.
אלקטרוליזה יכולה להיות דלקתית או מימית.
אלקטרוליזה דלקתית היא מעובדת מאלקטרוליט מותך, כלומר על ידי תהליך ההיתוך.
באלקטרוליזה מימית, הממס המיונן בו משתמשים הוא מים. בתמיסה מימית ניתן לבצע אלקטרוליזה באמצעות אלקטרודות אינרטיות או אלקטרודות פעילות (או תגובתיות).
יישומים
אלקטרוכימיה קיימת מאוד בחיי היומיום שלנו. חלק מהדוגמאות הן:
- תגובות בגוף האדם;
- ייצור מכשירים אלקטרוניים שונים;
- טעינת סוללות;
- גלוון: ציפוי חלקי ברזל ופלדה באבץ מתכתי;
- סוגים שונים של יישומים בתעשייה הכימית.
חלודה במתכות נוצרת על ידי חמצון של ברזל מתכתי (Fe) לקטיון ברזל (Fe2+) כאשר בנוכחות אוויר ומים. אנו יכולים להחשיב חלודה כסוג של קורוזיה אלקטרוכימית. הציפוי באבץ מתכתי, בתהליך הגלוון, מונע את הברזל לבוא במגע עם האוויר.
תרגילים
1. (FUVEST) - I ו- II הם משוואות של תגובות המתרחשות באופן ספונטני במים, במובן המצוין, בתנאים סטנדרטיים.
אני. Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
ניתוח תגובות כאלה, לבד או ביחד, ניתן לומר שבתנאים סטנדרטיים,
א) אלקטרונים מועברים מ- Pb2+ עבור Fe.
ב) תגובה ספונטנית חייבת להתרחש בין Pb ו- Zn2+.
ג) זן2+ חייב להיות חמצון טוב יותר מ- Fe2+ .
ד) על Zn להפחית באופן ספונטני את Pb2+ ל- Pb.
ה) זן2+ חייב להיות מחמצן טוב יותר מאשר Pb2+.
ד) על Zn להפחית באופן ספונטני את Pb2+ ל- Pb.
2. (Unip) ניתן להגן על חפצי ברזל או פלדה מפני קורוזיה בכמה דרכים:
ט) כיסוי פני השטח בשכבת מגן.
II) העמדת האובייקט במגע עם מתכת פעילה יותר כמו אבץ.
III) העמדת האובייקט במגע עם מתכת פחות פעילה כמו נחושת.
נכונים:
א) רק אני
ב) רק II.
ג) רק III.
ד) רק אני ו- II.
ה) רק אני ו- III
ד) רק אני ו- II.
3. (Fuvest) בערימה מהסוג הנפוץ בסופרמרקטים, הקוטב השלילי מורכב מהציפוי החיצוני של אבץ. התגובה למחצה המאפשרת לאבץ לתפקד כקוטב שלילי היא:
א) זן+ + ו- → Zn
ב) זן2+ + 2e- → Zn
ג) Zn → Zn+ + ו-
ד) Zn → Zn2+ + 2e
ה) זן2+ + Zn → 2Zn+
ד) Zn → Zn2+ + 2e
