Електрохімія - це область хімії, яка вивчає реакції, що передбачають перенесення електронів та взаємоперетворення хімічної енергії в електричну.
Електрохімія застосовується для виробництва багатьох пристроїв, що використовуються в нашому повсякденному житті, таких як акумулятори, мобільні телефони, ліхтарики, комп’ютери та калькулятори.
Реакції окислення
В електрохімії досліджуваними є реакції окисно-відновний. Вони характеризуються втратою та виграшем електрони. Це означає, що перенесення електронів від одного виду до іншого.
Як випливає з назви, окисно-відновні реакції відбуваються у два етапи:
- Окислення: Втрата електронів. Елемент, що викликає окислення, називається окислювачем.
- Скорочення: Приріст електрона. Елемент, що викликає відновлення, називається відновником.
Однак, щоб знати, хто отримує, а хто втрачає електрони, ви повинні знати окислювальні числа елементів. Дивіться цей окисно-відновний приклад:
Zn (s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
Елемент цинку (Zn2+) окислюється втратою двох електронів. Водночас це спричинило зменшення іону водню. Отже, це відновник.
Іон (H)+) отримує електрон, зазнаючи відновлення. В результаті це спричинило окислення цинку. Це окислювач.
знати більше про Окислення.
Батареї та електроліз
Вивчення електрохімії включає батареї та електроліз. Різниця між двома процесами полягає в перетворенні енергії.
- THE клітина перетворює хімічну енергію в електричну, спонтанно.
- THE електроліз перетворює електричну енергію в хімічну, тож не спонтанно.
знати більше про Енергія.
Стеки
Клітина, яку також називають електрохімічною, - це система, в якій відбувається окислювально-відновна реакція. Він складається з двох електродів та електроліту, які разом утворюють електрика. Якщо ми з'єднаємо дві або більше батареї разом, утворюється батарея.
Електрод - це тверда провідна поверхня, яка забезпечує обмін електронами.
- Електрод, в якому відбувається окислення, називається анодом, що представляє негативний полюс акумулятора.
- Електрод, на якому відбувається зменшення, є катодом, позитивним полюсом акумулятора.
Електрони вивільняються на аноді і слідують за провідним дротом до катода, де відбувається відновлення. Таким чином, потік електронів переходить від анода до катода.
Електролітний або сольовий місток - це електролітний розчин, який проводить електрони, дозволяючи їх циркуляцію в системі.
У 1836 році Джон Фредрік Данієл побудував систему, яка стала відомою як Даніелл Пайл. Він з'єднав металевим дротом два електроди.
Один електрод складався з металевої пластинки цинку, зануреної у водний розчин сульфату цинку (ZnSO4), що представляє анод.
Інший електрод складався з металевої мідної пластини (Cu), зануреної в розчин сульфату міді (CuSO4), представлений катодом.
На катоді відбувається відновлення міді. Тим часом в аноді відбувається окислення цинку. Відповідно до наступної хімічної реакції:
Катод: жопа2+(aq) + 2e- | → Cu0(s) |
анод: Zn0(s) | → Zn2(aq) + 2e-|
Загальне рівняння: Zn0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq) |
"|" представляє різницю фаз між реагентами та продуктами.
Електроліз
THE електроліз це реакція окислення-відновлення, яка відбувається неспонтанно, спричинена пропусканням електричного струму, що надходить від зовнішнього джерела.
Електроліз може бути магматичним або водним.
Магматичний електроліз - це той, який отримують з розплавленого електроліту, тобто шляхом плавлення.
При водному електролізі використовуваним іонізуючим розчинником є вода. У водному розчині електроліз можна проводити за допомогою інертних електродів або активних (або реактивних) електродів.
додатків
Електрохімія дуже присутня у нашому повсякденному житті. Деякі приклади:
- Реакції в організмі людини;
- Виробництво різноманітних електронних пристроїв;
- Зарядка акумуляторів;
- Гальваніка: покриття деталей із заліза та сталі металевим цинком;
- Різні типи застосування в хімічній промисловості.
Металева іржа утворюється в результаті окислення металевого заліза (Fe) до катіона заліза (Fe2+) при наявності повітря та води. Ми можемо розглядати іржу як різновид електрохімічна корозія. Покриття металевим цинком в процесі гальваніки запобігає контакту заліза з повітрям.
Вправи
1. (FUVEST) - I та II - це рівняння реакцій, які спонтанно відбуваються у воді, у зазначеному сенсі, за стандартних умов.
Я Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
Аналізуючи такі реакції, поодинці чи разом, можна сказати, що за стандартних умов
а) електрони переносяться з Pb2+ для Fe.
б) між Pb і Zn повинна відбуватися спонтанна реакція2+.
в) Zn2+ повинен бути кращим окислювачем, ніж Fe2+ .
г) Zn повинен спонтанно знижувати Pb2+ до Pb.
д) Zn2+ повинен бути кращим окислювачем, ніж Pb2+.
г) Zn повинен спонтанно знижувати Pb2+ до Pb.
2. (Unip) Залізні або сталеві предмети можуть бути захищені від корозії кількома способами:
I) Покриття поверхні захисним шаром.
II) Введення предмета в контакт з більш активним металом, таким як цинк.
III) Введення предмета в контакт з менш активним металом, таким як мідь.
Правильні:
а) тільки я.
б) лише II.
в) лише III.
г) лише I та II.
д) лише I та III
г) лише I та II.
3. (Fuvest) У купі типу, який зазвичай зустрічається в супермаркетах, негативний полюс складається із зовнішнього покриття цинку. Напівреакція, яка дозволяє цинку функціонувати як негативний полюс:
а) Zn+ + та- → Zn
б) Zn2+ + 2e- → Zn
в) Zn → Zn+ + та-
г) Zn → Zn2+ + 2e
д) Zn2+ + Zn → 2Zn+
г) Zn → Zn2+ + 2e
