- Dijelovi elektrokemijskih stanica
- elektrode
- Otapanje elektrolita
- Slani most
- Vrste elektrokemijskih ćelija i način na koji rade
- galvanski
- elektrolitički
- Primjeri
- Danielova ćelija
- Stanica vodikove platine
- Downs ćelija
- Reference
U elektrokemijske ćelije su uređaji u kojima se kemijske reakcije prolaze gdje se kemijska energija pretvara u električnu energiju ili obratno. Te stanice čine srce elektrokemije, pri čemu je duša potencijalna razmjena elektrona koja se može dogoditi, spontano ili ne, između dvije kemijske vrste.
Jedna od dvije vrste oksidira, gubi elektrone, dok se druga smanjuje, dobivajući prenesene elektrone. Uobičajeno, vrsta koja se smanjuje je metalni kation u otopini, koji dobivanjem elektrona na kraju električno taloži na elektrodi napravljenoj od istog metala. S druge strane, vrsta koja oksidira je metal koji se pretvara u metalne katione.
Dijagram za elektrokemijsku ćeliju iz Daniela. Izvor: Rehua
Na primjer, gornja slika predstavlja Danielovu stanicu: najjednostavniju od svih elektrokemijskih stanica. Metalna cinkova elektroda oksidira, ispuštajući kalijeve Zn 2+ u vodeni medij. To se događa u spremniku ZnSO 4 s lijeve strane.
Desno, otopina koja sadrži CuSO 4 se reducira, pretvarajući Cu 2+ kationa u metalnog bakra koja je pohranjena na bakrene elektrode. Tijekom razvoja ove reakcije, elektroni putuju kroz vanjski krug koji aktivira njegove mehanizme; i stoga, osiguravanje električne energije za rad tima.
Dijelovi elektrokemijskih stanica
elektrode
U elektrokemijskim ćelijama nastaju ili se troše električne struje. Da bi se osigurao adekvatan protok elektrona, moraju postojati materijali koji su dobri provodnici električne energije. Tu se ulaze elektrode i vanjski krug, opskrbljeni bakrenim, srebrnim ili zlatnim ožičenjima.
Elektrode su materijali koji pružaju površinu na kojoj će se odvijati reakcije u elektrokemijskim ćelijama. Postoje dvije vrste ovisno o reakciji koja se događa u njima:
-Anoda, elektroda u kojoj dolazi do oksidacije
-Katoda, elektroda gdje dolazi do redukcije
Elektrode se mogu načiniti od reakcijskog materijala, kao u slučaju Danielove ćelije (cink i bakar); ili od inertnog materijala, kao što se događa kada su izrađeni od platine ili grafita.
Elektroni koje anoda ispušta moraju doseći katodu; ali ne kroz rješenje, već kroz metalni kabel koji spaja obje elektrode u vanjski krug.
Otapanje elektrolita
Otopina koja okružuje elektrode također igra važnu ulogu, jer je obogaćena jakim elektrolitima; kao što su: KCl, KNO 3, NaCl, itd. Ti ioni favoriziraju, u određenoj mjeri, migraciju elektrona iz anode prema katodi, kao i njihovo provođenje kroz blizinu elektroda, kako bi komunicirali s vrstama koje se trebaju smanjiti.
Morska voda, na primjer, provodi električnu energiju mnogo bolje od destilirane vode, s nižom koncentracijom iona. Zato elektrokemijske stanice imaju snažno otapanje elektrolita među svojim komponentama.
Slani most
Ioni otopine počinju okruživati elektrode uzrokujući polarizaciju naboja. Otopina oko katode počinje negativno nabijati, jer se kationi smanjuju; u slučaju Danielove stanice, Cu 2+ kationi deponirani kao metalni bakar na katodi. Tako počinje nedostajati pozitivnih naboja.
Tu se slani most intervenira da uravnoteži naboje i spriječi da se elektrode polariziraju. Prema strani katode ili odjeljku kationi će se migrirati s solnog mosta, bilo K + ili Zn2 +, kako bi nadomjestili potrošenu Cu 2+. U međuvremenu, NO 3 - anioni prelazi iz soli mosta prema anodnog odjeljka, neutralizirati veću koncentraciju Zn 2+ kationa.
Solni most sastoji se od zasićene otopine soli, čiji su krajevi prekriveni gelom koji je propustan za ione, ali nepropusan za vodu.
Vrste elektrokemijskih ćelija i način na koji rade
Način funkcioniranja elektrokemijske ćelije ovisi o kojoj se vrsti radi. U osnovi postoje dvije vrste: galvanski (ili voltajski) i elektrolitički.
galvanski
Danijelova ćelija primjer je galvanske elektrokemijske ćelije. U njima se reakcije pojavljuju spontano i potencijal baterije je pozitivan; što je veći potencijal, više će energije isporučiti stanica.
Stanice ili baterije su upravo galvanske ćelije: kemijski potencijal između dviju elektroda pretvara se u električnu energiju kada intervenira vanjski krug koji ih spaja. Dakle, elektroni migriraju iz anode, zapaljuju opremu na koju je baterija spojena i vraćaju se izravno na katodu.
elektrolitički
Elektrolitičke ćelije su one čija se reakcija ne odvija spontano, osim ako se opskrbljuju električnom energijom iz vanjskog izvora. Ovdje se događa suprotan fenomen: električna energija omogućuje razvijanje ne-spontanih kemijskih reakcija.
Jedna od najpoznatijih i najvrjednijih reakcija koja se odvija unutar ove vrste stanica je elektroliza.
Akumulatorske baterije su primjer elektrolitičkih i istovremeno galvanskih ćelija: one se pune da preokrenu svoje kemijske reakcije i uspostave početne uvjete za ponovnu upotrebu.
Primjeri
Danielova ćelija
Sljedeća kemijska jednadžba odgovara reakciji u Danielovoj ćeliji u kojoj sudjeluju cink i bakar:
Zn (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu (s)
No, kationi Cu 2+ i Zn 2+ nisu sami, već ih prate anioni SO 4 2-. Ova ćelija može biti predstavljena na sljedeći način:
Zn - ZnSO 4 - - CuSO 4 - Cu
Danielova ćelija može biti izgrađena u bilo kojem laboratoriju, što se vrlo često ponavlja kao praksa uvođenja elektrokemije. Kako se Cu 2+ taloži kao Cu, plava boja otopine CuSO 4 postupno će blijedjeti.
Stanica vodikove platine
Zamislite stanicu koja troši vodikov plin, proizvodi metalno srebro i istovremeno opskrbljuje električnom energijom. Ovo je stanica platine i vodika, a njena opća reakcija je sljedeća:
2AgCl (s) + H 2 (g) → 2Ag (s) + 2H + + 2 Cl -
Ovdje u odjeljku za anodu imamo inertnu platinastu elektrodu, potopljenu u vodu i uparenu u plinoviti vodik. H 2 oksidira u H + i daje se na elektrona u mliječno AgCl taloga u katodnog odjeljka s metalnim srebrnim elektrode. Na ovom srebru AgCl će se smanjiti i masa elektrode će se povećati.
Ova ćelija može biti predstavljena kao:
Pt, H 2 - H + - - Cl -, AgCl - Ag
Downs ćelija
I na kraju, među elektrolitičkim ćelijama imamo i stapani natrijev klorid, poznatiji kao Downsova stanica. Ovdje se elektricitet koristi za pomicanje volumena rastopljenog NaCl kroz elektrode, izazivajući sljedeće reakcije:
2Na + (l) + 2e - → 2Na (katoda)
2Cl - (l) → Cl 2 (g) + 2e - (anoda)
2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl 2 (g) (globalna reakcija)
Dakle, zahvaljujući elektricitetu i natrijevom kloridu, mogu se pripremiti metalni plin natrija i klora.
Reference
- Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
- Wikipedia. (2020). Elektrokemijska stanica. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (29. siječnja 2020.). Elektrokemijske ćelije. Oporavilo od: misel.com
- R. Brod. (SF). Elektrokemijske ćelije. Oporavak od: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Chemicool. (2017). Definicija elektrokemijske ćelije. Oporavilo od: chemicool.com
- Patricia Jankowski. (2020). Što je elektrokemijska stanica? - Struktura i upotrebe. Studija. Oporavilo od: study.com
- Alkemija (3. ožujka 2011.). Elektrokemijske stanice. Kemija i znanost. Oporavilo od: laquimicaylaciencia.blogspot.com