ELEKTROKEMIJSKE CELICE: SESTAVNI DELI, NAČIN DELOVANJA, VRSTE, PRIMER - KEMIJA - 2025

Za celice za elektrokemično so naprave, pri kateri kemijske reakcije prenese v kateri je kemijska energija pretvori v električno energijo ali obratno. Te celice tvorijo srce elektrokemije, pri čemer je duša potencialna izmenjava elektronov, ki se lahko zgodi, spontano ali ne, med dvema kemičnima vrstama.

Ena od obeh vrst oksidira, izgubi elektrone, druga pa se reducira in pridobi prenesene elektrone. Običajno je vrsta, ki se zmanjša, kovinski kation v raztopini, ki se z pridobivanjem elektronov na koncu električno odloži na elektrodo, izdelano iz iste kovine. Po drugi strani je vrsta, ki oksidira, kovina, ki se spremeni v kovinske katione.

Diagram za elektrokemično celico od Daniela. Vir: Rehua

Zgornja slika na primer predstavlja Danielovo celico: najpreprostejšo od vseh elektrokemičnih celic. Kovinska cinkova elektroda oksidira in v vodni medij sprosti katione Zn ²⁺ . To se zgodi v posodi ZnSO ₄ na levi strani.

Na desni strani se raztopina, ki vsebuje CuSO ₄ , zmanjša, pretvori katione Cu ²⁺ v kovinski baker, ki je odložen na bakreno elektrodo. Med razvojem te reakcije elektroni potujejo skozi zunanji tokokrog, ki aktivira njegove mehanizme; in s tem zagotavljanje električne energije za delovanje ekipe.

Sestavni deli elektrokemičnih celic

Elektrode

Električni tokovi nastajajo ali porabljajo v elektrokemičnih celicah. Za zagotovitev ustreznega pretoka elektronov morajo obstajati materiali, ki so dobri prevodniki električne energije. Tu prihajajo elektrode in zunanji tokokrog, opremljeni z bakrenim, srebrnim ali zlatim ožičenjem.

Elektrode so materiali, ki zagotavljajo površino, kjer bodo potekale reakcije v elektrokemičnih celicah. Glede na reakcijo v njih obstajata dve vrsti:

-Anoda, elektroda, kjer pride do oksidacije

-Katoda, elektroda, kjer pride do redukcije

Elektrode so lahko izdelane iz reakcijskega materiala, kot v primeru Danielove celice (cink in baker); ali iz inertnega materiala, kot se zgodi, če so izdelani iz platine ali grafita.

Elektroni, ki jih sprošča anoda, morajo doseči katodo; vendar ne skozi raztopino, ampak skozi kovinski kabel, ki obe elektrodi priključi v zunanji tokokrog.

Raztapljanje elektrolitov

Pomembno vlogo ima tudi raztopina, ki obdaja elektrode, saj je obogatena z močnimi elektroliti; kot so: KCl, KNO ₃ , NaCl itd. Ti ioni v določeni meri dajejo prednost migraciji elektronov iz anode proti katodi, pa tudi njihovemu prevodu skozi bližino elektrod, da bi vplivali na vrste, ki jih je treba zmanjšati.

Morska voda na primer izvaja električno energijo veliko bolje kot destilirana voda z nižjo koncentracijo ionov. Zato imajo elektrokemične celice močno raztapljanje elektrolitov med svojimi komponentami.

Slani most

Ioni raztopine začnejo obkrožati elektrodi, kar povzroči polarizacijo nabojev. Raztopina okoli katode se začne negativno nabiti, saj se kationi zmanjšujejo; v primeru celice Daniel, kationi Cu ^{2+, ki se} odlagajo kot kovinski baker na katodi. Tako začne primanjkovati pozitivnih nabojev.

Tu se vmeša solni most, da uravnoteži naboje in prepreči, da bi se elektrode polarizirale. Proti strani ali predelu katode se bodo kationi solnega mostu preselili, bodisi K ⁺ bodisi Zn ²⁺ , da bi izpodrinili zaužit Cu ²⁺ . Medtem, NO ₃ ^- anioni se selijo od mostu soli proti anodni predelek, nevtralizirati večjo koncentracijo Zn ²⁺ kationi .

Solni most je sestavljen iz nasičene raztopine soli, katere konce je pokrit z gelom, ki je prepusten za ione, vendar neprepusten za vodo.

Vrste elektrokemičnih celic in kako delujejo

Kako deluje elektrokemična celica, je odvisno od njenega tipa. V bistvu obstajata dve vrsti: galvanska (ali voltajska) in elektrolitska.

Galvanič

Danijelova celica je primer galvanske elektrokemične celice. Pri njih reakcije nastanejo spontano in potencial baterije je pozitiven; večji kot je potencial, več energije bo celica oskrbovala.

Celice ali baterije so natančno galvanske celice: kemični potencial med obema elektrodama se pretvori v električno energijo, ko poseže zunanji tokokrog, ki ju poveže. Tako elektroni migrirajo iz anode, vžgejo opremo, na katero je baterija priključena, in se vrnejo neposredno na katodo.

Elektrolitično

Elektrolitične celice so tiste, katerih reakcije ne potekajo spontano, razen če so oskrbljene z električno energijo iz zunanjega vira. Tu se zgodi nasprotni pojav: elektrika omogoča razvoj ne-spontanih kemičnih reakcij.

Ena najbolj znanih in najdragocenejših reakcij, ki se odvija znotraj te vrste celic, je elektroliza.

Polnilne baterije so primeri elektrolitskih in hkrati galvanskih celic: napolnijo se, da spremenijo svoje kemijske reakcije in ponovno vzpostavijo začetne pogoje za ponovno uporabo.

Primeri

Danijelova celica

Naslednja kemijska enačba ustreza reakciji v Danielovi celici, kjer sodelujeta cink in baker:

Zn (s) + Cu ²⁺ (aq) → Zn ²⁺ (aq) + Cu (s)

Toda kationa Cu ²⁺ in Zn ²⁺ nista sama, ampak ju spremljata aniona SO ₄ ^2- . To celico lahko predstavimo na naslednji način:

Zn - ZnSO ₄ - - CuSO ₄ - Cu

Danielovo celico je mogoče zgraditi v katerem koli laboratoriju, kar se zelo pogosto pojavlja kot praksa pri uvedbi elektrokemije. Ko se Cu ²⁺ odlaga kot Cu, bo modra barva raztopine CuSO ₄ postopoma zbledela.

Platinasta vodikova celica

Predstavljajte si celico, ki porabi vodikov plin, proizvaja kovinsko srebro in hkrati napaja električno energijo. To je celica platine in vodika, njena splošna reakcija pa je naslednja:

2AgCl (s) + H ₂ (g) → 2Ag (s) + 2H ⁺ + 2Cl ^-

Tu v predelu za anodo imamo inertno platinsko elektrodo, potopljeno v vodo in nabito v plinast vodik. H ₂ oksidira v H ⁺ in daje svoje elektrone oborine mlečna AgCl v katodni predelek s kovinsko srebrno elektrodo. Na tem srebru se bo AgCl zmanjšal in masa elektrode se bo povečala.

To celico lahko predstavljamo kot:

Pt, H ₂ - H ⁺ - - Cl ^- , AgCl - Ag

Downs celica

In končno, med elektrolitskimi celicami je tudi taljen natrijev klorid, bolj znan kot Downsova celica. Tukaj se elektrika uporablja za premikanje volumna staljenega NaCl skozi elektrode, kar povzroči naslednje reakcije:

2Na ⁺ (l) + 2e ^- → 2Na (s) (katoda)

2Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2e ^- (anoda)

2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl ₂ (g) (globalna reakcija)

Tako lahko zahvaljujoč elektriki in natrijevemu kloridu pripravimo kovinski plin natrija in klora.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Wikipedija. (2020). Elektrokemična celica. Pridobljeno: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, dr. (29. januar 2020). Elektrokemijske celice. Pridobljeno: misel.com
4. R. Ladja. (sf). Elektrokemijske celice. Pridobljeno: hiperfizika.fi-astr.gsu.edu
5. Kemikool. (2017). Opredelitev elektrokemične celice. Pridobljeno: chemicool.com
6. Patricia Jankowski. (2020). Kaj je elektrokemična celica? - Struktura in uporabe. Študij. Pridobljeno: study.com
7. Alkemija (3. marec 2011). Elektrokemijske celice. Kemija in znanost. Pridobljeno: laquimicaylaciencia.blogspot.com