ELEKTROCHEMICKÉ ČLÁNKY: KOMPONENTY, AKO FUNGUJÚ, TYPY, PRÍKLAD - CHÉMIA - 2025

Tieto elektrochemické články sú zariadenia, v ktorom chemické reakcie prejsť, kde sa chemická energia premenená na elektrickú energiu, alebo naopak. Tieto bunky tvoria jadro elektrochémie, duša je potenciálna výmena elektrónov, ku ktorej môže dôjsť spontánne alebo nie medzi dvoma chemickými druhmi.

Jeden z týchto dvoch druhov oxiduje, stráca elektróny, zatiaľ čo druhý je redukovaný a získava prenesené elektróny. Zvyčajne je redukovaným druhom kovový katión v roztoku, ktorý získaním elektrónov končí tým, že sa elektricky nanesie na elektródu vyrobenú z toho istého kovu. Na druhej strane druh, ktorý oxiduje, je kov, ktorý sa mení na kovové katióny.

Schéma elektrochemického článku od Daniela. Zdroj: Rehua

Napríklad vyššie uvedený obrázok predstavuje Danielovu bunku: najjednoduchší zo všetkých elektrochemických buniek. Kovová zinková elektróda oxiduje a uvoľňuje katióny Zn ²⁺ do vodného média. K tomu dochádza v ZnSO ₄ nádoby na ľavej strane.

Na pravej strane, pričom tento roztok obsahuje CuSO ₄ sa zníži, transformuje Cu ²⁺ katiónov do kovovej medi, ktorá je nanesená na medené elektróde. Počas vývoja tejto reakcie elektróny putujú vonkajším obvodom a aktivujú svoje mechanizmy; a teda poskytovanie elektrickej energie na prevádzku tímu.

Súčasti elektrochemických článkov

elektródy

Elektrické prúdy sa generujú alebo spotrebúvajú v elektrochemických článkoch. Na zabezpečenie adekvátneho toku elektrónov musia existovať materiály, ktoré sú dobrými vodičmi elektriny. Tu prichádzajú elektródy a vonkajší obvod, vybavené medenými, striebornými alebo zlatými vodičmi.

Elektródy sú materiály, ktoré poskytujú povrch, na ktorom sa uskutočnia reakcie v elektrochemických článkoch. Existujú dva typy v závislosti od reakcie, ktorá sa v nich vyskytuje:

- Anóda, elektróda, v ktorej dochádza k oxidácii

- katóda, elektróda, kde dochádza k redukcii

Elektródy môžu byť vyrobené z reaktívneho materiálu, ako v prípade Danielovej bunky (zinok a meď); alebo z inertného materiálu, ako sa to stane, keď sú vyrobené z platiny alebo grafitu.

Elektróny uvoľňované anódou musia dosiahnuť katódu; ale nie riešením, ale kovovým káblom, ktorý spája obe elektródy s vonkajším obvodom.

Rozpustenie elektrolytu

Dôležitú úlohu hrá aj riešenie, ktoré obklopuje elektródy, pretože je obohatené o silné elektrolyty; ako sú: KCl, KNO ₃ , NaCl, atď. Tieto ióny do určitej miery uprednostňujú migráciu elektrónov z anódy smerom ku katóde, ako aj ich vedenie v blízkosti elektród na interakciu s redukovaným druhom.

Napríklad morská voda vedie elektrinu oveľa lepšie ako destilovaná voda s nižšou koncentráciou iónov. Preto majú elektrochemické články medzi svojimi zložkami silné rozpúšťanie elektrolytu.

Soľný most

Ióny roztoku začínajú obklopovať elektródy a spôsobujú polarizáciu nábojov. Roztok okolo katódy sa začína záporne nabíjať, pretože sa znižujú katióny; v prípade bunky Daniel sa katióny Cu ²⁺ ukladajú ako kovová meď na katóde. Takto začína byť deficit kladných poplatkov.

To je miesto, kde soľný mostík zasahuje, aby vyrovnal náboje a zabránil polarizácii elektród. Smerom k boku alebo oddeleniu katódy budú katióny soľného mostíka migrovať, buď K ⁺ alebo Zn ²⁺ , aby nahradili spotrebovaný Cu2 ⁺ . Medzitým, NO ₃ ^- anióny budú migrovať z mosta soli k anódovej priestoru, k neutralizácii zvyšujúce sa koncentrácie Zn ²⁺ katiónov .

Soľný mostík sa skladá z nasýteného roztoku solí, ktorého konce sú pokryté gélom, ktorý je priepustný pre ióny, ale nepriepustný pre vodu.

Typy elektrochemických článkov a spôsob ich fungovania

Fungovanie elektrochemického článku závisí od typu. V zásade existujú dva typy: galvanické (alebo voltické) a elektrolytické.

galvanický

Danielova bunka je príkladom galvanického elektrochemického článku. U nich sa reakcie objavujú spontánne a potenciál batérie je pozitívny; Čím väčší je potenciál, tým viac elektriny bude článok dodávať.

Bunky alebo batérie sú presne galvanické články: chemický potenciál medzi týmito dvoma elektródami sa premieňa na elektrickú energiu, keď zasahuje vonkajší obvod, ktorý ich spája. Elektróny tak migrujú z anódy, zapaľujú zariadenie, ku ktorému je pripojená batéria, a vracajú sa priamo do katódy.

elektrolytické

Elektrolytické články sú bunky, ktorých reakcie sa nevyskytujú spontánne, pokiaľ nie sú napájané elektrickou energiou z vonkajšieho zdroja. V tomto prípade sa vyskytuje opačný jav: elektrina umožňuje vývoj neželaných chemických reakcií.

Jednou z najznámejších a najhodnotnejších reakcií, ktoré sa vyskytujú v tomto type bunky, je elektrolýza.

Nabíjateľné batérie sú príklady elektrolytických a galvanických článkov: sú nabíjané, aby zvrátili svoje chemické reakcie a obnovili pôvodné podmienky pre opätovné použitie.

Príklady

Danielova bunka

Nasledujúca chemická rovnica zodpovedá reakcii v Danielovej bunke, na ktorej sa zúčastňujú zinok a meď:

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

Ale katióny Cu ²⁺ a Zn ²⁺ nie sú samostatne, ale spolu s anióny SO ₄ ^2- . Túto bunku je možné znázorniť takto:

Zn - ZnSO ₄ - - CuSO ₄ - Cu

Danielova bunka môže byť postavená v akomkoľvek laboratóriu, čo je veľmi časté ako prax pri zavádzaní elektrochémie. Ako Cu ²⁺ je uložený ako Cu, modrej farby CuSO ₄ riešenie bude postupne slabnúť.

Vodíkové články platiny

Predstavte si článok, ktorý spotrebúva plynný vodík, produkuje kovové striebro a súčasne dodáva elektrinu. Toto je platinová a vodíková bunka a jej všeobecná reakcia je takáto:

2AgCl (y) + H ₂ (g) → 2AG (y) + 2H ⁺ + 2cl ^-

Tu v anódovej komore máme inertnú platinovú elektródu, ponorenú vo vode a čerpanú do plynného vodíka. H ₂ sa oxiduje na H ⁺ a nechá jeho elektróny zrazeniny mliečno AgCl v katódovej priestore s kovovým strieborné elektródy. Na tomto striebre sa zníži AgCl a zvýši sa hmotnosť elektródy.

Túto bunku možno reprezentovať ako:

Pt, H ₂ - H ⁺ - - Cl ^- , AgCl - Ag

Downs cell

A konečne, medzi elektrolytickými článkami máme fúzovaný chlorid sodný, ktorý je známy ako Downsova bunka. Elektrina sa tu používa na pohyb objemu roztaveného NaCl cez elektródy, čo spôsobuje nasledujúce reakcie:

2Na ⁺ (l) + 2e ^- → 2Na (s) (katóda)

2C ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2e ^- (anóda)

2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl ₂ (g) (globálne reakcia)

Vďaka elektrine a chloridu sodného je možné pripraviť kovový sodík a plynný chlór.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). chémia (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. Wikipedia. (2020). Elektrochemický článok. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29. januára 2020). Elektrochemické bunky. Získané z: thinkco.com
4. R. Loď. (SF). Elektrochemické bunky. Získané z: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Chemicool. (2017). Definícia elektrochemického článku. Získané z: chemicool.com
6. Patricia Jankowski. (2020). Čo je elektrochemická bunka? - Štruktúra a použitia. Štúdia. Obnovené z: study.com
7. alchýmia (3. marca 2011). Elektrochemické články. Chémia a veda. Získané z: laquimicaylaciencia.blogspot.com