Elektrokemija je področje kemije, ki preučuje reakcije, ki vključujejo prenos elektronov in medsebojno pretvorbo kemične energije v električno energijo.
Elektrokemija se uporablja za izdelavo številnih naprav, ki se uporabljajo v našem vsakdanjem življenju, kot so baterije, mobilni telefoni, svetilke, računalniki in kalkulatorji.
Reakcije oksidacije
V elektrokemiji so preučevane reakcije redoks. Zanje je značilna izguba in dobiček elektroni. To pomeni da prenos elektronov od ene do druge vrste.
Kot že ime pove, redoks reakcije potekajo v dveh korakih:
- Oksidacija: Izguba elektronov. Element, ki povzroča oksidacijo, se imenuje oksidacijsko sredstvo.
- Zmanjšanje: Elektronski dobiček. Element, ki povzroči redukcijo, se imenuje reducent.
Če želite vedeti, kdo dobi in kdo izgubi elektrone, morate vedeti oksidacijska števila elementov. Glejte ta primer redoks:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(vodno) + H2(g)
Cink element (Zn2+) se oksidira z izgubo dveh elektronov. Hkrati je povzročil zmanjšanje vodikovega iona. Zato je redukcijsko sredstvo.
(H) ion+) pridobi elektron, pri čemer se zmanjša. Posledično je povzročil oksidacijo cinka. Je oksidant.
vedeti več o Oksidacija.
Baterije in elektroliza
Študij elektrokemije obsega baterije in elektrolizo. Razlika med obema procesoma je preoblikovanje energije.
- THE celica pretvarja kemično energijo v električno, spontano.
- THE elektroliza pretvori električno energijo v kemično energijo, torej ne spontano.
vedeti več o Energija.
Skladi
Celica, imenovana tudi elektrokemična celica, je sistem, v katerem poteka redoks reakcija. Sestavljen je iz dveh elektrod in elektrolita, ki skupaj tvorita elektrika. Če dve ali več baterij povežemo skupaj, nastane baterija.
Elektroda je trdna prevodna površina, ki omogoča izmenjavo elektronov.
- Elektroda, v kateri pride do oksidacije, se imenuje anoda, ki predstavlja negativni pol akumulatorja.
- Elektroda, na kateri poteka redukcija, je katoda, pozitivni pol akumulatorja.
Elektroni se sprostijo na anodi in sledijo prevodni žici do katode, kjer pride do redukcije. Tako pretok elektronov prehaja iz anode v katodo.
Elektrolitni ali solni most je raztopina elektrolita, ki prevaja elektrone in omogoča njihovo kroženje v sistemu.
Leta 1836 je John Fredric Daniell zgradil sistem, ki je postal znan kot Daniell Pile. S kovinsko žico je med seboj povezal dve elektrodi.
Ena elektroda je bila sestavljena iz kovinske cinkove plošče, potopljene v vodno raztopino cinkovega sulfata (ZnSO4), ki predstavlja anodo.
Druga elektroda je bila sestavljena iz kovinske bakrene plošče (Cu), potopljene v raztopino bakrovega sulfata (CuSO4), predstavljal katodo.
Na katodi pride do zmanjšanja bakra. Medtem v anodi poteka oksidacija cinka. V skladu z naslednjo kemijsko reakcijo:
Katoda: rit2+(aq) + 2e- | → Cu0(-i) |
anoda: Zn0(-i) | → Zn2(aq) + 2e-|
Splošna enačba: Zn0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
"|" predstavlja fazne razlike med reaktanti in produkti.
Elektroliza
THE elektroliza to je reakcija oksidacijske-redukcije, ki se pojavi na nespontanski način, ki ga povzroči prehod električnega toka, ki prihaja iz zunanjega vira.
Elektroliza je lahko magmatska ali vodna.
Magmatska elektroliza je tista, ki se predela iz staljenega elektrolita, torej s postopkom fuzije.
Pri vodni elektrolizi je uporabljeno ionizirajoče topilo voda. V vodni raztopini lahko elektrolizo izvedemo z inertnimi ali aktivnimi (ali reaktivnimi) elektrodami.
aplikacij
Elektrokemija je zelo prisotna v našem vsakdanjem življenju. Nekaj primerov je:
- Reakcije v človeškem telesu;
- Proizvodnja različnih elektronskih naprav;
- Polnjenje baterij;
- Galvanizacija: prevleka železnih in jeklenih delov s kovinskim cinkom;
- Različne vrste uporabe v kemični industriji.
Kovinska rje nastane z oksidacijo kovinskega železa (Fe) v železov kation (Fe2+) v prisotnosti zraka in vode. Rja lahko štejemo za vrsto elektrokemijska korozija. Prevleka s kovinskim cinkom s postopkom galvanizacije preprečuje stik železa z zrakom.
Vaje
1. (FUVEST) - I in II sta enačbi reakcij, ki se v standardnih pogojih spontano pojavijo v vodi v navedenem smislu.
JAZ. Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Če analiziramo takšne reakcije, same ali skupaj, lahko rečemo, da v standardnih pogojih
a) elektroni se prenesejo iz Pb2+ za Fe.
b) med Pb in Zn se mora pojaviti spontana reakcija2+.
c) Zn2+ mora biti boljši oksidant kot Fe2+ .
d) Zn mora spontano zmanjšati Pb2+ do Pb.
e) Zn2+ mora biti boljši oksidant kot Pb2+.
d) Zn mora spontano zmanjšati Pb2+ do Pb.
2. (Unip) Predmete iz železa ali jekla je mogoče zaščititi pred korozijo na več načinov:
I) Pokrivanje površine z zaščitno plastjo.
II) Vzpostavitev predmeta v stik z bolj aktivno kovino, kot je cink.
III) Vzpostavitev predmeta v stik z manj aktivno kovino, kot je baker.
Ali so pravilni:
a) samo jaz
b) samo II.
c) samo III.
d) samo I in II.
e) samo I in III
d) samo I in II.
3. (Fuvest) Na kupu, kakršnega pogosto najdemo v supermarketih, negativni pol predstavlja zunanja prevleka cinka. Polreakcija, ki omogoča cinku, da deluje kot negativni pol, je:
a) Zn+ + in- → Zn
b) Zn2+ + 2e- → Zn
c) Zn → Zn+ + in-
d) Zn → Zn2+ + 2e
e) Zn2+ + Zn → 2Zn+
d) Zn → Zn2+ + 2e
