ელექტროქიმია არის ქიმიის სფერო, რომელიც შეისწავლის იმ რეაქციებს, რომლებიც მოიცავს ელექტრონების გადატანას და ქიმიური ენერგიის ელექტრულ ენერგიად გადაქცევას.
ელექტროქიმია გამოიყენება ჩვენს ყოველდღიურ ცხოვრებაში გამოყენებული მრავალი მოწყობილობის, მაგალითად, ელემენტების, მობილური ტელეფონების, ფანრების, კომპიუტერებისა და კალკულატორების წარმოებაში.
ჟანგვის რეაქციები
ელექტროქიმიაში შესწავლილი რეაქციები არის რედოქსირება. მათ ახასიათებთ დანაკარგი და მოგება ელექტრონები. Ეს ნიშნავს რომ ელექტრონის გადაცემა ერთი სახეობიდან მეორეზე.
როგორც მისი სახელიდან ჩანს, რედოქს რეაქციები ხდება ორ ეტაპად:
- დაჟანგვა: ელექტრონების დაკარგვა. დაჟანგვის გამომწვევ ელემენტს ჟანგვის აგენტი ეწოდება.
- შემცირება: ელექტრონის მომატება. შემცირებას იწვევს ელემენტს, რომელიც იწვევს შემცირებას.
ამასთან, იმის ცოდნა, თუ ვინ იძენს და ვინ კარგავს ელექტრონებს, უნდა იცოდეთ ელემენტების დაჟანგვის რიცხვები. იხილეთ ეს შემცირების მაგალითი:
Zn (s) + 2H+(aq) ზნ2+(aq) + H2(ზ)
თუთიის ელემენტი (Zn2+) იჟანგება ორი ელექტრონის დაკარგვით. ამავე დროს, ამან გამოიწვია წყალბადის იონის შემცირება. ამრიგად, ეს არის შემამცირებელი საშუალება.
(H) იონი+) იძენს ელექტრონს, განიცდის შემცირებას. შედეგად, მან გამოიწვია თუთიის დაჟანგვა. ეს არის ჟანგვითი საშუალება.
იცოდეთ მეტი დაჟანგვა.
ელემენტები და ელექტროლიზი
ელექტროქიმიის შესწავლა მოიცავს ბატარეებსა და ელექტროლიზს. ორ პროცესს შორის განსხვავება არის ენერგიის გარდაქმნა.
- უჯრედი გარდაქმნის ქიმიურ ენერგიას ელექტრულ ენერგიად, სპონტანურად.
- ელექტროლიზი გარდაქმნის ელექტრო ენერგიას ქიმიურ ენერგიად, ასე რომ არა სპონტანურად.
იცოდეთ მეტი ენერგია.
სტეკები
უჯრედი, რომელსაც ელექტროქიმიურ უჯრედსაც უწოდებენ, არის სისტემა, სადაც ხდება რედოქს რეაქცია. იგი შედგება ორი ელექტროდიდან და ელექტროლიტიდან, რომლებიც ერთად აწარმოებენ ელექტროობა. თუ ორ ან მეტ ბატარეას დავუკავშირდებით, იქმნება ბატარეა.
ელექტროდი არის მყარი გამტარ ზედაპირი, რომელიც ელექტრონების გაცვლის საშუალებას იძლევა.
- ელექტროდს, რომელშიც ხდება ჟანგვა, ეწოდება ანოდი, რომელიც წარმოადგენს ბატარეის ნეგატიურ პოლუსს.
- ელექტროდი, რომელზეც ხდება შემცირება არის კათოდი, ელემენტის პოზიტიური პოლუსი.
ელექტრონები გამოიყოფა ანოდთან და მიჰყვება გამტარ მავთულს კათოდამდე, სადაც ხდება შემცირება. ამრიგად, ელექტრონების ნაკადი ანოდიდან კათოდზე გადადის.
ელექტროლიტის ან მარილის ხიდი არის ელექტროლიტის ხსნარი, რომელიც ელექტრონებს ატარებს, რაც საშუალებას აძლევს მათ მიმოქცევაში გაატარონ სისტემაში.
1836 წელს ჯონ ფრედრიკ დენიელმა ააშენა სისტემა, რომლის სახელიც გახდა ცნობილი დენიელ პაილი. მან ერთმანეთთან დააკავშირა, მეტალის მავთულით, ორი ელექტროდი.
ერთი ელექტროდი შედგებოდა მეტალის თუთიის ფირფიტისგან, ჩაფლული თუთიის სულფატის წყალხსნარში (ZnSO4), წარმოადგენს ანოდს.
სხვა ელექტროდი შედგებოდა მეტალის სპილენძის ფირფიტისგან (Cu), ჩაფლული სპილენძის სულფატის (CuSO) ხსნარში4), წარმოადგენდა კათოდს.
კათოდზე ხდება სპილენძის შემცირება. იმავდროულად, ანოდში ხდება თუთიის დაჟანგვა. შემდეგი ქიმიური რეაქციის მიხედვით:
კათოდური: უკანალი2+(aq) + 2e- |. Cu0(s) |
ანოდი: ზნ0(s) | N Zn2(aq) + 2e-|
ზოგადი განტოლება: ზნ0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
"|" წარმოადგენს ფაზურ სხვაობებს რეაქტორებსა და პროდუქტებს შორის.
ელექტროლიზი
ელექტროლიზი ეს არის დაჟანგვის შემცირების რეაქცია, რომელიც ხდება არა სპონტანურად, გამოწვეული გარე წყაროდან მომდინარე ელექტროენერგიის გავლით.
ელექტროლიზი შეიძლება იყოს ცეცხლოვანი ან წყალხსნარი.
Igneous ელექტროლიზი არის ის, რომელიც დამუშავებულია მდნარი ელექტროლიტისგან, ანუ შერწყმის პროცესით.
წყალხსნარში, მაიონებელი გამხსნელი გამოიყენება წყალი. წყალხსნარში ელექტროლიზის ჩატარება შესაძლებელია ინერტული ელექტროდებით ან აქტიური (ან რეაქტიული) ელექტროდებით.
პროგრამები
ელექტროქიმია ჩვენს ყოველდღიურ ცხოვრებაში ძალიან ბევრია. რამდენიმე მაგალითია:
- რეაქციები ადამიანის სხეულში;
- სხვადასხვა ელექტრონული მოწყობილობების წარმოება;
- ბატარეების დატენვა;
- ელექტროპლატაცია: რკინისა და ფოლადის ნაწილების ლითონის თუთიით დაფარვა;
- სხვადასხვა სახის გამოყენება ქიმიურ მრეწველობაში.
ჟანგი მეტალებში წარმოიქმნება მეტალის რკინის (Fe) დაჟანგვის შედეგად რკინის კათიონზე (Fe2+) ჰაერისა და წყლის არსებობისას. ჟანგი შეგვიძლია განვიხილოთ ელექტროქიმიური კოროზია. ლითონის თუთიით დაფარვა ელექტროპლანტაციის პროცესით ხელს უშლის რკინის კონტაქტს ჰაერთან.
Სავარჯიშოები
1. (FUVEST) - I და II არის რეაქციების განტოლებები, რომლებიც ხდება სპონტანურად წყალში, მითითებული გაგებით, სტანდარტულ პირობებში.
ᲛᲔ. Fe + Pb2+ → Fe+2 + პბ
II Zn + Fe2+ N Zn2+ + Fe
ცალკეული ან ერთად ამგვარი რეაქციების ანალიზი, შეიძლება ითქვას, რომ სტანდარტულ პირობებში,
ა) ელექტრონები გადააქვთ Pb– დან2+ ფეისთვის.
ბ) სპონტანური რეაქცია უნდა მოხდეს Pb- სა და Zn- ს შორის2+.
გ) Zn2+ უნდა იყოს უკეთესი ოქსიდიზატორი ვიდრე Fe2+ .
დ) Zn– მა სპონტანურად უნდა შეამციროს Pb2+ პბ-მდე
ე) ზნ2+ უნდა იყოს უკეთესი ჟანგვითი, ვიდრე Pb2+.
დ) Zn– მა სპონტანურად უნდა შეამციროს Pb2+ პბ-მდე
2. (უნიპი) რკინის ან ფოლადის საგნები შეიძლება დაცული იქნას კოროზიისგან რამდენიმე გზით:
ი) ზედაპირის დამცავი ფენით დაფარვა.
II) ობიექტის კონტაქტში შეყვანა უფრო აქტიურ ლითონთან, როგორიცაა თუთია.
III) ობიექტის კონტაქტში შეყვანა ნაკლებად აქტიურ ლითონთან, როგორიცაა სპილენძი.
სწორია:
ა) მხოლოდ მე.
ბ) მხოლოდ II.
გ) მხოლოდ III.
დ) მხოლოდ I და II.
ე) მხოლოდ I და III
დ) მხოლოდ I და II.
3. (ფუვესტი) სუპერმარკეტებში ჩვეულებრივ აღმოჩენილი ტიპის გროვაში, ნეგატიური პოლუსი შედგება თუთიის გარე საფარით. ნახევრად რეაქცია, რომელიც საშუალებას იძლევა თუთიამ იმოქმედოს, როგორც უარყოფითი პოლუსი, არის:
ა) ზნ+ + და- N Zn
ბ) Zn2+ + 2 ე- N Zn
გ) Zn → Zn+ + და-
დ) Zn → Zn2+ + 2 ე
ე) ზნ2+ + Zn → 2Zn+
დ) Zn → Zn2+ + 2 ე
