Elektrokemi är området kemi som studerar reaktionerna som involverar överföring av elektroner och omvandlingen av kemisk energi till elektrisk energi.
Elektrokemi används för tillverkning av många enheter som används i vårt dagliga liv, såsom batterier, mobiltelefoner, ficklampor, datorer och miniräknare.
Oxidationsreaktioner
Inom elektrokemi är de studerade reaktionerna de redox. De kännetecknas av förlust och vinst av elektroner. Detta innebär att elektronöverföring från en art till en annan.
Som namnet antyder sker redoxreaktioner i två steg:
- Oxidation: Förlust av elektroner. Elementet som orsakar oxidation kallas ett oxidationsmedel.
- Minskning: Elektronförstärkning. Elementet som orsakar reduktionen kallas reduktionsmedel.
Men för att veta vem som vinner och vem som förlorar elektroner måste du känna till elementens oxidationsnummer. Se detta redoxexempel:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
Zinkelementet (Zn2+) oxideras genom att förlora två elektroner. Samtidigt orsakade det minskningen av vätejonen. Följaktligen är det reduktionsmedlet.
(H) jonen+) får en elektron, genomgår reduktion. Som ett resultat orsakade det oxidation av zink. Det är oxidationsmedlet.
veta mer om Oxidation.
Batterier och elektrolys
Studiet av elektrokemi omfattar batterier och elektrolys. Skillnaden mellan de två processerna är energiomvandling.
- DE cell omvandlar kemisk energi till elektrisk energi, spontant.
- DE elektrolys omvandlar elektrisk energi till kemisk energi, så inte spontant.
veta mer om Energi.
Travar
Cellen, även kallad en elektrokemisk cell, är ett system där redoxreaktionen äger rum. Den består av två elektroder och en elektrolyt, som tillsammans producerar elektricitet. Om vi ansluter två eller flera batterier bildas ett batteri.
Elektroden är den fasta ledande ytan som möjliggör utbyte av elektroner.
- Elektroden i vilken oxidation sker kallas anoden, vilket representerar batteriets negativa pol.
- Elektroden på vilken reduktionen sker är katoden, batteriets positiva pol.
Elektronerna släpps vid anoden och följer en ledande tråd till katoden, där reduktion sker. Således går strömmen av elektroner från anod till katod.
Elektrolyten eller saltbryggan är elektrolytlösningen som leder elektroner, vilket möjliggör deras cirkulation i systemet.
1836 byggde John Fredric Daniell ett system som blev känt som Daniels hög. Han sammankopplade två elektroder med en metalltråd.
En elektrod bestod av en metallisk zinkplatta, nedsänkt i en vattenlösning av zinksulfat (ZnSO).4), som representerar anoden.
Den andra elektroden bestod av en metallisk kopparplatta (Cu), nedsänkt i en lösning av kopparsulfat (CuSO).4), representerade katoden.
Vid katoden sker kopparreduktion. Under tiden sker oxidation av zink i anoden. Enligt följande kemiska reaktion:
Katod: ass2+(aq) + 2e- | → Cu0(s) |
anod: Zn0(s) | → Zn2(aq) + 2e-|
Allmän ekvation: Zn0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
"|" representerar fasskillnaderna mellan reaktanter och produkter.
Elektrolys
DE elektrolys det är oxidationsreduktionsreaktionen som inträffar på ett icke-spontant sätt, orsakad av passage av elektrisk ström som kommer från en extern källa.
Elektrolys kan vara vulkanisk eller vattenhaltig.
Igneös elektrolys är den som bearbetas från en smält elektrolyt, det vill säga genom fusionsprocessen.
I vattenhaltig elektrolys är det joniserande lösningsmedlet vatten. I vattenlösning kan elektrolys utföras med inerta elektroder eller aktiva (eller reaktiva) elektroder.
applikationer
Elektrokemi är mycket närvarande i våra dagliga liv. Några exempel är:
- Reaktioner i människokroppen;
- Tillverkning av olika elektroniska apparater;
- Laddning av batterier;
- Galvanisering: beläggning av delar av järn och stål med metalliskt zink;
- Olika typer av applikationer inom den kemiska industrin.
Rost i metaller bildas genom oxidation av metalliskt järn (Fe) till järnkatjon (Fe2+) i närvaro av luft och vatten. Vi kan betrakta rost som en typ av elektrokemisk korrosion. Beläggningen med metalliskt zink genom elektropläteringsprocessen förhindrar att järnet kommer i kontakt med luften.
Övningar
1. (FUVEST) - I och II är ekvationer av reaktioner som uppträder spontant i vatten, i den mening som anges, under standardförhållanden.
I. Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Analys av sådana reaktioner, ensamma eller tillsammans, kan sägas att, under standardförhållanden,
a) elektroner överförs från Pb2+ för Fe.
b) spontan reaktion måste ske mellan Pb och Zn2+.
c) Zn2+ måste vara bättre oxidationsmedel än Fe2+ .
d) Zn måste spontant minska Pb2+ till Pb.
e) Zn2+ måste vara bättre oxiderande än Pb2+.
d) Zn måste spontant minska Pb2+ till Pb.
2. (Unip) Järn- eller stålföremål kan skyddas mot korrosion på flera sätt:
I) Täcker ytan med ett skyddande lager.
II) Att sätta objektet i kontakt med en mer aktiv metall som zink.
III) Att sätta objektet i kontakt med en mindre aktiv metall som koppar.
Är korrekt:
a) bara jag
b) endast II.
c) endast III.
d) endast I och II.
e) endast I och III
d) endast I och II.
3. (Fuvest) I en hög av den typ som vanligtvis finns i stormarknader utgör den negativa polen den yttre beläggningen av zink. Halvreaktionen som tillåter zink att fungera som en negativ pol är:
a) Zn+ + och- → Zn
b) Zn2+ + 2e- → Zn
c) Zn → Zn+ + och-
d) Zn → Zn2+ + 2e
e) Zn2+ + Zn → 2Zn+
d) Zn → Zn2+ + 2e
