Elektroķīmija ir ķīmijas joma, kurā tiek pētītas reakcijas, kas saistītas ar elektronu pārnesi un ķīmiskās enerģijas savstarpēju pārveidošanu elektriskajā enerģijā.
Elektroķīmija tiek izmantota daudzu mūsu ikdienas dzīvē izmantoto ierīču, piemēram, akumulatoru, mobilo tālruņu, lukturīšu, datoru un kalkulatoru, ražošanai.
Oksidācijas reakcijas
Elektroķīmijā pētītās reakcijas ir redokss. Tos raksturo zaudējumi un ieguvumi elektroni. Tas nozīmē ka elektronu pārnešana no vienas sugas uz otru.
Kā norāda nosaukums, redoksreakcijas notiek divos posmos:
- Oksidēšana: Elektronu zudums. Elementu, kas izraisa oksidāciju, sauc par oksidētāju.
- Samazināšana: Elektronu pieaugums. Elementu, kas izraisa reducēšanu, sauc par reducētāju.
Tomēr, lai zinātu, kurš iegūst un kurš zaudē elektronus, jums jāzina elementu oksidācijas skaitļi. Skatiet šo redox piemēru:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2g)
Cinka elements (Zn2+) tiek oksidēts, zaudējot divus elektronus. Tajā pašā laikā tas izraisīja ūdeņraža jonu samazināšanos. Tādējādi tas ir reducētājs.
(H) jons+) iegūst elektronu, notiek redukcija. Tā rezultātā tas izraisīja cinka oksidāciju. Tas ir oksidētājs.
uzzināt vairāk par Oksidēšana.
Baterijas un elektrolīze
Elektroķīmijas pētījums ietver baterijas un elektrolīzi. Atšķirība starp abiem procesiem ir enerģijas pārveidošana.
- šūna pārveido ķīmisko enerģiju elektriskajā enerģijā, spontāni.
- elektrolīze pārveido elektrisko enerģiju ķīmiskajā enerģijā, tāpēc ne spontāni.
uzzināt vairāk par Enerģija.
Skursteņi
Šūna, saukta arī par elektroķīmisko šūnu, ir sistēma, kurā notiek redoksreakcija. Tas sastāv no diviem elektrodiem un elektrolīta, kas kopā ražo elektrība. Ja mēs savienojam divas vai vairākas baterijas kopā, veidojas akumulators.
Elektrods ir cieta vadoša virsma, kas nodrošina elektronu apmaiņu.
- Elektrodu, kurā notiek oksidēšanās, sauc par anodu, kas apzīmē akumulatora negatīvo polu.
- Elektrods, uz kura notiek reducēšanās, ir katods, akumulatora pozitīvais pols.
Elektroni tiek izlaisti pie anoda un seko vadošajam vadam uz katodu, kur notiek reducēšanās. Tādējādi elektronu plūsma pāriet no anoda uz katodu.
Elektrolīta vai sāls tilts ir elektrolīta šķīdums, kas vada elektronus, ļaujot tiem cirkulēt sistēmā.
1836. gadā Džons Fredriks Daniels izveidoja sistēmu, kas kļuva pazīstama kā Daniell Pile. Viņš ar metāla stiepli savienoja divus elektrodus.
Viens elektrods sastāvēja no metāla cinka plāksnes, kas iegremdēta cinka sulfāta ūdens šķīdumā (ZnSO4), kas pārstāv anodu.
Otrs elektrods sastāvēja no metāla vara plāksnes (Cu), kas iegremdēta vara sulfāta (CuSO) šķīdumā.4), kas pārstāvēja katodu.
Katodā notiek vara reducēšanās. Tikmēr anodā notiek cinka oksidēšanās. Saskaņā ar šādu ķīmisko reakciju:
Katods: ass2+(aq) + 2e- | → Cu0(s) |
anodu: Zn0(s) | → Zn2(aq) + 2e-|
Vispārīgais vienādojums: Zn0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
"|" apzīmē fāzes atšķirības starp reaģentiem un produktiem.
Elektrolīze
elektrolīze tā ir oksidēšanās-reducēšanās reakcija, kas notiek spontāni, ko izraisa elektriskās strāvas pāreja no ārēja avota.
Elektrolīze var būt magmatiska vai ūdens.
Smadzeņu elektrolīze ir tāda, kas tiek apstrādāta no izkausēta elektrolīta, tas ir, ar kodolsintēzes procesu.
Ūdens elektrolīzē jonizējošais šķīdinātājs ir ūdens. Ūdens šķīdumā elektrolīzi var veikt ar inertiem elektrodiem vai aktīviem (vai reaktīviem) elektrodiem.
lietojumprogrammas
Elektroķīmija ir ļoti raksturīga mūsu ikdienas dzīvē. Daži piemēri:
- Reakcijas cilvēka ķermenī;
- Dažādu elektronisko ierīču ražošana;
- Akumulatoru uzlāde;
- Galvanošana: dzelzs un tērauda detaļu pārklāšana ar metāla cinku;
- Dažādi pielietojuma veidi ķīmijas rūpniecībā.
Rūsas metālos rodas, oksidējot metālisko dzelzi (Fe) līdz dzelzs katjonam (Fe2+) atrodoties gaisa un ūdens klātbūtnē. Rūsu mēs varam uzskatīt par veidu elektroķīmiskā korozija. Pārklājums ar metāla cinku galvanizācijas procesā novērš dzelzs saskari ar gaisu.
Vingrinājumi
1. (FUVEST) - I un II ir reakciju vienādojumi, kas spontāni notiek ūdenī norādītajā nozīmē standarta apstākļos.
Es Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Analizējot šādas reakcijas atsevišķi vai kopā, var teikt, ka standarta apstākļos
a) elektroni tiek pārnesti no Pb2+ par Fe.
b) starp Pb un Zn jānotiek spontānai reakcijai2+.
c) Zn2+ jābūt labākam oksidētājam nekā Fe2+ .
d) Zn spontāni jāsamazina Pb2+ uz Pb.
e) Zn2+ jābūt labākam oksidētājam nekā Pb2+.
d) Zn spontāni jāsamazina Pb2+ uz Pb.
2. (Unip) Dzelzs vai tērauda priekšmetus var pasargāt no korozijas vairākos veidos:
I) Virsmas pārklāšana ar aizsargkārtu.
II) Objekta saskare ar aktīvāku metālu, piemēram, cinku.
III) Objekta saskare ar mazāk aktīvu metālu, piemēram, varu.
Ir pareizi:
a) tikai es.
b) tikai II.
c) tikai III.
d) tikai I un II.
e) tikai I un III
d) tikai I un II.
3. (Fuvest) Tāda veida kaudzē, kāda parasti ir lielveikalos, negatīvo stabu veido cinka ārējais pārklājums. Pusreakcija, kas ļauj cinkam darboties kā negatīvam polam, ir:
a) Zn+ + un- → Zn
b) Zn2+ + 2e- → Zn
c) Zn → Zn+ + un-
d) Zn → Zn2+ + 2e
e) Zn2+ + Zn → 2Zn+
d) Zn → Zn2+ + 2e
