Składniki ogniw elektrochemicznych, sposób działania, rodzaje, przykład

1052
Abraham McLaughlin

Plik ogniwa elektrochemiczne Są to urządzenia, w których zachodzą reakcje chemiczne, w których energia chemiczna zamieniana jest na energię elektryczną lub odwrotnie. Komórki te stanowią serce elektrochemii, a dusza jest potencjalną wymianą elektronów, która może nastąpić spontanicznie lub nie, między dwoma rodzajami chemicznymi..

Jeden z dwóch gatunków utlenia się, traci elektrony, podczas gdy drugi ulega redukcji, uzyskując przeniesione elektrony. Zwykle redukuje się kation metaliczny w roztworze, który w wyniku pozyskania elektronów jest osadzany elektrycznie na elektrodzie wykonanej z tego samego metalu. Z drugiej strony utleniającym się związkiem jest metal, który przekształca się w kationy metali.

Schemat ogniwa elektrochemicznego Daniela. Źródło: Rehua [CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

Na przykład powyższy obrazek przedstawia komórkę Daniela: najprostsze ze wszystkich ogniw elektrochemicznych. Metaliczna elektroda cynkowa utlenia się, uwalniając kationy Zndwa+ do środowiska wodnego. Dzieje się tak w pojemniku ZnSO4 po lewej.

Po prawej roztwór zawierający CuSO4 jest zredukowana, przekształcając kationy Cudwa+ w metalicznej miedzi osadzonej na elektrodzie miedzianej. Podczas rozwoju tej reakcji elektrony przemieszczają się przez obwód zewnętrzny, aktywując jego mechanizmy; a tym samym dostarczanie energii elektrycznej do pracy zespołu.

Indeks artykułów

  • 1 Elementy ogniw elektrochemicznych
    • 1.1 Elektrody
    • 1.2 Rozpuszczanie elektrolitów
    • 1.3 Most solny
  • 2 Rodzaje ogniw elektrochemicznych i sposób ich działania
    • 2.1 Galwaniczne
    • 2.2 Elektrolityki
  • 3 przykłady
    • 3.1 Cela Daniela
    • 3.2 Ogniwo platynowe i wodorowe
    • 3.3 Komórka Downs
  • 4 Odnośniki

Komponenty ogniw elektrochemicznych

Elektrody

Prądy elektryczne są generowane lub pobierane w ogniwach elektrochemicznych. Aby zapewnić odpowiedni przepływ elektronów, muszą istnieć materiały, które są dobrymi przewodnikami elektryczności. Tutaj wchodzą elektrody i obwód zewnętrzny, zaopatrzony w miedziane, srebrne lub złote przewody..

Elektrody to materiały, które zapewniają powierzchnię, na której będą zachodzić reakcje w ogniwach elektrochemicznych. Istnieją dwa typy w zależności od reakcji, która w nich zachodzi:

-Anoda, elektroda, w której zachodzi utlenianie

-Katoda, elektroda, w której następuje redukcja

Elektrody mogą być wykonane z reagującego materiału, jak w przypadku ogniwa Daniela (cynk i miedź); lub materiał obojętny, na przykład gdy są wykonane z platyny lub grafitu.

Elektrony uwolnione przez anodę muszą dotrzeć do katody; ale nie przez roztwór, ale przez metalowy kabel, który łączy obie elektrody z obwodem zewnętrznym.

Rozpuszczanie elektrolitu

Ważną rolę odgrywa również roztwór otaczający elektrody, wzbogacony o mocne elektrolity; takie jak: KCl, KNO3, NaCl itp. Jony te sprzyjają w pewnym stopniu migracji elektronów z anody do katody, a także ich przewodzeniu przez otoczenie elektrod w celu interakcji z substancjami podlegającymi redukcji..

Na przykład woda morska przewodzi prąd znacznie lepiej niż woda destylowana, przy niższym stężeniu jonów. Dlatego ogniwa elektrochemiczne mają w swoich składnikach rozpuszczanie silnych elektrolitów..

Most solny

Jony roztworu zaczynają otaczać elektrody powodując polaryzację ładunków. Roztwór wokół katody zaczyna się ładować ujemnie, gdy kationy są redukowane; w przypadku komórki Daniela kationy Cudwa+ osadzając się jako metaliczna miedź na katodzie. W ten sposób zaczyna pojawiać się deficyt ładunków dodatnich.

W tym miejscu interweniuje mostek solny, aby zrównoważyć ładunki i zapobiec polaryzacji elektrod. W kierunku boku lub przedziału katody kationy będą migrować z mostka solnego, K+ lub Zndwa+, aby wyprzeć Cudwa+ strawiony. W międzyczasie z mostka solnego nie będą migrować aniony NO3- w kierunku komory anodowej, aby zneutralizować rosnące stężenie kationów Zndwa+.

Mostek solny składa się z nasyconego roztworu soli, którego końce są pokryte żelem przepuszczalnym dla jonów, ale nieprzepuszczalnym dla wody..

Rodzaje ogniw elektrochemicznych i ich działanie

Sposób działania ogniwa elektrochemicznego zależy od jego typu. Zasadniczo istnieją dwa typy: galwaniczne (lub galwaniczne) i elektrolityczne.

Galwaniczny

Przykładem galwanicznego ogniwa elektrochemicznego jest ogniwo Daniela. W nich reakcje zachodzą spontanicznie, a potencjał baterii jest dodatni; im wyższy potencjał, tym więcej energii elektrycznej dostarczy ogniwo.

Ogniwa lub baterie to właśnie ogniwa galwaniczne: potencjał chemiczny między dwiema elektrodami jest przekształcany w energię elektryczną, gdy interweniuje obwód zewnętrzny, który je łączy. W ten sposób elektrony migrują z anody, zapalają sprzęt, do którego podłączona jest bateria i wracają bezpośrednio do katody.

Elektrolityczny

Ogniwa elektrolityczne to takie, których reakcje nie zachodzą spontanicznie, chyba że są zasilane energią elektryczną z zewnętrznego źródła. Tutaj zachodzi zjawisko odwrotne: elektryczność umożliwia niespontaniczne reakcje chemiczne.

Jedną z najbardziej znanych i cennych reakcji zachodzących w tego typu ogniwie jest elektroliza..

Akumulatory to przykłady ogniw elektrolitycznych i jednocześnie galwanicznych: są one ładowane w celu odwrócenia ich reakcji chemicznych i przywrócenia warunków początkowych do ponownego wykorzystania..

Przykłady

Cela Daniela

Następujące równanie chemiczne odpowiada reakcji w komórce Daniela, w której uczestniczą cynk i miedź:

Zn (s) + Cudwa+(aq) → Zndwa+(aq) + Cu (s)

Ale kationy Cudwa+ i Zndwa+ nie są one same, ale towarzyszą im aniony SO4dwa-. Tę komórkę można przedstawić w następujący sposób:

Zn | ZnSO4  | | KIERUNEK4 | Cu

Komórkę Daniela można zbudować w dowolnym laboratorium, co jest bardzo powtarzalną praktyką we wprowadzaniu elektrochemii. Ponieważ Cudwa+ osadza się jako Cu, niebieski kolor roztworu CuSO4 będzie zgubiony.

Platynowe ogniwo wodorowe

Wyobraź sobie ogniwo, które zużywa wodór, produkuje metaliczne srebro i jednocześnie dostarcza energię elektryczną. To jest ogniwo platynowe i wodorowe, a jego ogólna reakcja wygląda następująco:

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

Tutaj, w komorze anodowej, mamy obojętną elektrodę platynową, zanurzoną w wodzie, do której pompowany jest wodór. Hdwa utlenia się do H.+ i przekazuje swoje elektrony do mlecznego osadu AgCl w komorze katody z metaliczną srebrną elektrodą. Na tym srebrze AgCl zostanie zredukowany, a masa elektrody wzrośnie..

Tę komórkę można przedstawić jako:

Pt, H.dwa | H.+ | | Cl-, AgCl | Ag

Komórka Downs

I wreszcie, wśród ogniw elektrolitycznych mamy ogniwo ze stopionego chlorku sodu, lepiej znane jako ogniwo Downsa. Tutaj energia elektryczna jest wykorzystywana, aby objętość stopionego NaCl przechodziła przez elektrody, powodując w ten sposób następujące reakcje:

2Na+(l) + 2e- → 2Na (s) (katoda)

2Cl-(l) → Cldwa(g) + 2e- (anoda)

2NaCl (l) → 2Na (s) + Cldwa(g) (reakcja globalna)

W ten sposób dzięki elektryczności i chlorkowi sodu można przygotować metaliczny sód i chlor gazowy..

Bibliografia

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
  2. Wikipedia. (2020). Ogniwo elektrochemiczne. Odzyskane z: en.wikipedia.org
  3. Helmenstine, dr Anne Marie (29 stycznia 2020). Ogniwa elektrochemiczne. Odzyskany z: thinkco.com
  4. R. Ship. (s.f.). Ogniwa elektrochemiczne. Odzyskane z: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  5. Chemicool. (2017). Definicja ogniwa elektrochemicznego. Źródło: chemicool.com
  6. Patricia Jankowski. (2020). Co to jest ogniwo elektrochemiczne? - Struktura i zastosowania. Nauka. Odzyskany z: study.com
  7. Alchemia (3 marca 2011). Ogniwa elektrochemiczne. Chemia i nauka. Odzyskane z: laquimicaylaciencia.blogspot.com

Jeszcze bez komentarzy