Electrochimia este aria Chimiei care studiază reacțiile care implică transferul de electroni și interconversia energiei chimice în energie electrică.
Electrochimia se aplică la fabricarea multor dispozitive utilizate în viața noastră de zi cu zi, precum baterii, telefoane mobile, lanterne, computere și calculatoare.
Reacții de oxidare
În electrochimie, reacțiile studiate sunt cele ale redox. Acestea se caracterizează prin pierderea și câștigul electroni. Aceasta înseamnă că transfer de electroni de la o specie la alta.
După cum sugerează și numele său, reacțiile redox apar în doi pași:
- Oxidare: Pierderea de electroni. Elementul care provoacă oxidarea se numește agent oxidant.
- Reducere: Câștig de electroni. Elementul care determină reducerea se numește agent reducător.
Cu toate acestea, pentru a ști cine câștigă și cine pierde electroni, trebuie să cunoașteți numerele de oxidare ale elementelor. Vedeți acest exemplu redox:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
Elementul de zinc (Zn2+) se oxidează prin pierderea a doi electroni. În același timp, a provocat reducerea ionului hidrogen. Prin urmare, este agentul reducător.
Ionul (H)+) câștigă un electron, suferind o reducere. Ca urmare, a provocat oxidarea zincului. Este agentul oxidant.
știu mai multe despre Oxidare.
Baterii și electroliză
Studiul electrochimiei cuprinde baterii și electroliză. Diferența dintre cele două procese este transformarea energiei.
- THE celula transformă energia chimică în energie electrică, spontan.
- THE electroliza transformă energia electrică în energie chimică, deci nu spontan.
știu mai multe despre Energie.
Stive
Celula, numită și celulă electrochimică, este un sistem în care are loc reacția redox. Este compus din doi electrozi și un electrolit, care împreună produc electricitate. Dacă conectăm două sau mai multe baterii împreună, se formează o baterie.
Electrodul este suprafața conductivă solidă care permite schimbul de electroni.
- Electrodul în care are loc oxidarea se numește anod, reprezentând polul negativ al bateriei.
- Electrodul pe care are loc reducerea este catodul, polul pozitiv al bateriei.
Electronii sunt eliberați la anod și urmează un fir conductor către catod, unde are loc reducerea. Astfel, fluxul de electroni merge de la anod la catod.
Podul de electrolit sau sare este soluția de electroliți care conduce electronii, permițând circulația lor în sistem.
În 1836, John Fredric Daniell a construit un sistem care a devenit cunoscut sub numele de Daniell Pile. El a interconectat, cu un fir metalic, doi electrozi.
Un electrod a constat dintr-o placă metalică de zinc, imersată într-o soluție apoasă de sulfat de zinc (ZnSO4), reprezentând anodul.
Celălalt electrod a constat dintr-o placă de cupru metalică (Cu), scufundată într-o soluție de sulfat de cupru (CuSO4), a reprezentat catodul.
La catod se produce reducerea cuprului. Între timp, în anod are loc oxidarea zincului. Conform următoarei reacții chimice:
Catod: fund2+(aq) + 2e- | → Cu0(s) |
anod: Zn0(s) | → Zn2(aq) + 2e-|
Ecuația generală: Zn0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
„|” reprezintă diferențele de fază dintre reactanți și produse.
Electroliză
THE electroliză este reacția redox care apare într-un mod non-spontan, cauzată de trecerea curentului electric provenit dintr-o sursă externă.
Electroliza poate fi ignea sau apoasă.
Electroliza ignorie este una care este procesată dintr-un electrolit topit, adică prin procesul de fuziune.
În electroliza apoasă, solventul ionizant utilizat este apa. În soluție apoasă, electroliza poate fi efectuată cu electrozi inertiți sau electrozi activi (sau reactivi).
aplicații
Electrochimia este foarte prezentă în viața noastră de zi cu zi. Câteva exemple sunt:
- Reacții în corpul uman;
- Fabricarea diferitelor dispozitive electronice;
- Încărcarea bateriilor;
- Galvanizare: acoperirea pieselor de fier și oțel cu zinc metalic;
- Diferite tipuri de aplicații în industria chimică.
Rugina metalică se formează prin oxidarea fierului metalic (Fe) în cationul de fier (Fe2+) când este în prezența aerului și a apei. Putem considera rugina ca un tip de coroziune electrochimică. Acoperirea cu zinc metalic, prin procesul de galvanizare, împiedică fierul să intre în contact cu aerul.
Exerciții
1. (FUVEST) - I și II sunt ecuații ale reacțiilor care apar spontan în apă, în sensul indicat, în condiții standard.
I. Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Analizând astfel de reacții, singure sau împreună, se poate spune că, în condiții standard,
a) electronii sunt transferați din Pb2+ pentru Fe.
b) reacția spontană trebuie să apară între Pb și Zn2+.
c) Zn2+ trebuie să fie un oxidant mai bun decât Fe2+ .
d) Zn trebuie să reducă spontan Pb2+ la Pb.
e) Zn2+ trebuie să fie un oxidant mai bun decât Pb2+.
d) Zn trebuie să reducă spontan Pb2+ la Pb.
2. (Unip) Obiectele din fier sau oțel pot fi protejate de coroziune în mai multe moduri:
I) Acoperirea suprafeței cu un strat protector.
II) Punerea obiectului în contact cu un metal mai activ precum zincul.
III) Punerea obiectului în contact cu un metal mai puțin activ, cum ar fi cuprul.
Sunt corecte:
a) numai eu.
b) numai II.
c) numai III.
d) numai I și II.
e) numai I și III
d) numai I și II.
3. (Fuvest) Într-o grămadă de tipul întâlnită în mod obișnuit în supermarketuri, polul negativ este constituit de învelișul exterior al zincului. Semi-reacția care permite zincului să funcționeze ca pol negativ este:
a) Zn+ + și- → Zn
b) Zn2+ + 2e- → Zn
c) Zn → Zn+ + și-
d) Zn → Zn2+ + 2e
e) Zn2+ + Zn → 2Zn+
d) Zn → Zn2+ + 2e
