Elektrochémia je oblasť chémie, ktorá študuje reakcie, ktoré zahŕňajú prenos elektrónov a premenu chemickej energie na elektrickú.
Elektrochémia sa používa na výrobu mnohých zariadení používaných v našom každodennom živote, ako sú batérie, mobilné telefóny, baterky, počítače a kalkulačky.
Oxidačné reakcie
V elektrochémii sa študujú reakcie z redox. Vyznačujú sa stratou a ziskom elektróny. To znamená, že elektrónový prenos z jedného druhu na druhý.
Ako už z jeho názvu vyplýva, redoxné reakcie prebiehajú v dvoch krokoch:
- Oxidácia: Strata elektrónov. Prvok, ktorý spôsobuje oxidáciu, sa nazýva oxidačné činidlo.
- Zníženie: Zisk elektrónov. Prvok, ktorý spôsobuje redukciu, sa nazýva redukčné činidlo.
Ak však chcete vedieť, kto získava a kto stráca elektróny, musíte poznať oxidačné čísla prvkov. Zobraziť tento redoxný príklad:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2g)
Zinkový prvok (Zn2+) sa oxiduje stratou dvoch elektrónov. Zároveň to spôsobilo redukciu vodíkového iónu. Preto je to redukčné činidlo.
(H) ión+) získa elektrón, ktorý prechádza redukciou. Vo výsledku spôsobil oxidáciu zinku. Je to oxidačné činidlo.
vedieť viac o Oxidácia.
Batérie a elektrolýza
Štúdium elektrochémie zahŕňa batérie a elektrolýzu. Rozdiel medzi týmito dvoma procesmi spočíva v transformácii energie.
- THE bunka premieňa chemickú energiu na elektrickú, spontánne.
- THE elektrolýza premieňa elektrickú energiu na chemickú, takže nie spontánne.
vedieť viac o Energie.
Stohy
Bunka, nazývaná tiež elektrochemický článok, je systém, v ktorom prebieha redoxná reakcia. Skladá sa z dvoch elektród a elektrolytu, ktoré spolu vytvárajú elektrina. Ak spojíme dve alebo viac batérií dohromady, vytvorí sa batéria.
Elektróda je pevný vodivý povrch, ktorý umožňuje výmenu elektrónov.
- Elektróda, v ktorej dochádza k oxidácii, sa nazýva anóda, ktorá predstavuje záporný pól batérie.
- Elektróda, na ktorej prebieha redukcia, je katóda, kladný pól batérie.
Elektróny sa uvoľňujú na anóde a nasledujú po vodivom drôte ku katóde, kde dochádza k redukcii. Tok elektrónov teda ide z anódy na katódu.
Elektrolyt alebo soľný mostík je roztok elektrolytu, ktorý vedie elektróny a umožňuje ich cirkuláciu v systéme.
V roku 1836 John Fredric Daniell vybudoval systém, ktorý sa stal známy ako Daniell Pile. Prepojil pomocou kovového drôtu dve elektródy.
Jedna elektróda pozostávala z kovovej zinkovej platne ponorenej do vodného roztoku síranu zinočnatého (ZnSO4), predstavujúci anódu.
Ďalšiu elektródu tvorila kovová medená platňa (Cu) ponorená do roztoku síranu meďnatého (CuSO4), predstavoval katódu.
Na katóde dochádza k redukcii medi. Medzitým v anóde prebieha oxidácia zinku. Podľa nasledujúcej chemickej reakcie:
Katóda: zadok2+(aq) + 2e- | → Cu0s) |
anóda: Zn0s) | → Zn2(aq) + 2e-|
Všeobecná rovnica: Zn0s) + Cu2+(aq) | → Cu0s) + Zn2+(aq) |
„|“ predstavuje fázové rozdiely medzi reaktantmi a produktmi.
Elektrolýza
THE elektrolýza je to oxidačno-redukčná reakcia, ktorá sa deje spontánnym spôsobom, spôsobeným prechodom elektrického prúdu prichádzajúceho z vonkajšieho zdroja.
Elektrolýza môže byť magmatická alebo vodná.
Igmická elektrolýza je taká, ktorá sa spracováva z roztaveného elektrolytu, to znamená procesom fúzie.
Pri vodnej elektrolýze sa ako ionizačné rozpúšťadlo používa voda. Vo vodnom roztoku sa môže elektrolýza uskutočňovať pomocou inertných elektród alebo aktívnych (alebo reaktívnych) elektród.
aplikácie
Elektrochémia je veľmi prítomná v našom každodennom živote. Niektoré príklady:
- Reakcie v ľudskom tele;
- Výroba rôznych elektronických zariadení;
- Nabíjanie batérií;
- Galvanické pokovovanie: pokovovanie železných a oceľových častí kovovým zinkom;
- Rôzne typy použitia v chemickom priemysle.
Hrdza v kovoch vzniká oxidáciou kovového železa (Fe) na katión železa (Fe2+) pri prítomnosti vzduchu a vody. Hrdzu môžeme považovať za druh elektrochemická korózia. Povlak kovovým zinkom, procesom galvanického pokovovania, zabraňuje kontaktu železa so vzduchom.
Cvičenia
1. (FUVEST) - I a II sú rovnice reakcií, ktoré sa vyskytujú spontánne vo vode v uvedenom zmysle za štandardných podmienok.
I. Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Analýzou takýchto reakcií, samostatne alebo spoločne, možno povedať, že za štandardných podmienok
a) elektróny sa prenášajú z Pb2+ pre Fe.
b) medzi Pb a Zn musí dôjsť k spontánnej reakcii2+.
c) Zn2+ musí byť lepším okysličovadlom ako Fe2+ .
d) Zn musí spontánne znížiť Pb2+ do Pb.
e) Zn2+ musí byť lepším okysličovadlom ako Pb2+.
d) Zn musí spontánne znížiť Pb2+ do Pb.
2. (Unip) Železné alebo oceľové predmety možno chrániť pred koróziou niekoľkými spôsobmi:
I) Zakrytie povrchu ochrannou vrstvou.
II) Uvedenie predmetu do kontaktu s aktívnejším kovom, ako je zinok.
III) Uvedenie predmetu do kontaktu s menej aktívnym kovom, napríklad s meďou.
Sú správne:
a) iba ja
b) iba II.
c) iba III.
d) iba ja a II.
e) iba ja a III
d) iba ja a II.
3. (Fuvest) Na hromade typu, ktorý sa bežne nachádza v supermarketoch, predstavuje záporný pól vonkajší povlak zinku. Semi-reakcia, ktorá umožňuje zinku fungovať ako záporný pól, je:
a) Zn+ + a- → Zn
b) Zn2+ + 2e- → Zn
c) Zn → Zn+ + a-
d) Zn → Zn2+ + 2e
e) Zn2+ + Zn → 2Zn+
d) Zn → Zn2+ + 2e
