ELEKTROCHEMINĖS LĄSTELĖS: KOMPONENTAI, KAIP JIE VEIKIA, TIPAI, PAVYZDYS - CHEMIJA - 2025

Kad naudojant elektrocheminius ląstelės yra įrenginiai, kuriame cheminės reakcijos slaptažodį kur cheminė medžiaga energija konvertuojama į elektros energiją arba vice versa. Šios ląstelės sudaro elektrochemijos širdį, o siela yra potencialus elektronų mainas, kuris gali įvykti spontaniškai ar ne, tarp dviejų cheminių rūšių.

Viena iš dviejų rūšių oksiduojasi, praranda elektronus, o kita redukuojama, įgydama perkeltus elektronus. Paprastai redukuota rūšis yra metalinis katijonas tirpale, kuris, gaudamas elektronus, elektriškai nusėda ant elektrodo, pagaminto iš to paties metalo. Kita vertus, rūšis, kuri oksiduojasi, yra metalas, virsiantis metalo katijonais.

Danieliaus elektrocheminio elemento schema. Šaltinis: Rehua

Pavyzdžiui, aukščiau pateiktas paveikslėlis parodo Danielio ląstelę: paprasčiausią iš visų elektrocheminių elementų. Metalinis cinko elektrodas oksiduojasi, išleisdamas Zn ²⁺ katijonus į vandeninę terpę. Tai įvyksta „ZnSO _4“ talpykloje kairėje.

Dešinėje, tirpalas, kuriame yra CuSO _4, yra redukuotas, paverčiant Cu ²⁺ katijonus į metalinį varį, kuris nusėda ant vario elektrodo. Vykdant šią reakciją, elektronai keliauja per išorinę grandinę, aktyvuodami jos mechanizmus; taigi, aprūpindamas elektros energiją komandos veikimui.

Elektrocheminių elementų komponentai

Elektrodai

Elektros srovės generuojamos arba sunaudojamos elektrocheminėse ląstelėse. Norint užtikrinti pakankamą elektronų srautą, turi būti medžiagų, kurios yra geros elektros laidininkų. Čia įeina elektrodai ir išorinė grandinė, aprūpinta vario, sidabro ar aukso laidais.

Elektrodai yra medžiagos, užtikrinančios paviršių, kuriame reakcijos vyks elektrocheminiuose elementuose. Yra du tipai, atsižvelgiant į juose vykstančią reakciją:

-Andas, elektrodas, kuriame vyksta oksidacija

- katodas, elektrodas, kur redukuojama

Elektrodai gali būti pagaminti iš reaguojančios medžiagos, kaip ir Danielio ląstelė (cinkas ir varis); arba iš inertinės medžiagos, kaip atsitinka, kai jie yra pagaminti iš platinos arba grafito.

Anodo išlaisvinti elektronai turi pasiekti katodą; bet ne per tirpalą, o per metalinį laidą, jungiantį abu elektrodus į išorinę grandinę.

Elektrolitų tirpinimas

Tirpalas, supantis elektrodus, taip pat vaidina svarbų vaidmenį, nes jis yra praturtintas stipriais elektrolitais; pvz .: KCl, KNO ₃ , NaCl ir kt. Šie jonai tam tikru mastu palaiko elektronų migraciją iš anodo į katodą, taip pat jų laidumą per elektrodus, kad jie sąveikautų su redukuojamomis rūšimis.

Pavyzdžiui, jūros vanduo praleidžia elektrą daug geriau nei distiliuotas vanduo, turintis mažesnę jonų koncentraciją. Štai kodėl elektrocheminiuose elementuose elektrolitai tirpsta stipriai.

Druskos tiltas

Tirpalo jonai pradeda apsupti elektrodus, sukeldami krūvių poliarizaciją. Aplink katodą esantis tirpalas pradeda neigiamai įkrauti, nes katijonai mažėja; Danielio kameroje - Cu ²⁺ katijonai , nusėdę kaip metalinis varis ant katodo. Taigi pradeda trūkti teigiamų mokesčių.

Čia įsikiša druskos tiltas, kad būtų galima subalansuoti krūvius ir išvengti elektrodų poliarizacijos. Katodo šono arba skyriaus link druskos tiltelio katijonai ims judėti K ⁺ arba Zn ²⁺ , kad sunaikintų sunaudotą Cu ²⁺ . Tuo tarpu NO ₃ ^- anijonai migruoja iš druskos tilto į anodų skyrių, kad neutralizuotų didėjančią Zn ²⁺ katijonų koncentraciją .

Druskos tiltas sudarytas iš sočiųjų druskų tirpalo, kurio galai padengti geliu, pralaidžiu jonams, bet nepralaidžiam vandeniui.

Elektrocheminių elementų tipai ir kaip jie veikia

Kaip veikia elektrocheminė ląstelė, priklauso nuo to, koks jis yra. Iš esmės yra dviejų tipų: galvaninis (arba voltatinis) ir elektrolitinis.

Galvaninis

Danieliaus ląstelė yra galvaninės elektrocheminės ląstelės pavyzdys. Juose reakcijos vyksta spontaniškai, o akumuliatoriaus potencialas yra teigiamas; kuo didesnis potencialas, tuo daugiau elektros energijos tieks ląstelė.

Ląstelės arba akumuliatoriai yra tiksliai galvaniniai elementai: cheminis potencialas tarp dviejų elektrodų virsta elektros energija, kai įsikiša išorinė grandinė, kuri juos jungia. Taigi elektronai migruoja iš anodo, užsidega įranga, prie kurios prijungta baterija, ir yra grąžinami tiesiai į katodą.

Elektrolitinis

Elektrolitinės ląstelės yra tos, kurių reakcijos neįvyksta savaime, nebent joms tiekiama elektros energija iš išorinio šaltinio. Čia įvyksta priešingas reiškinys: elektra leidžia vystytis savaiminėms cheminėms reakcijoms.

Viena iš geriausiai žinomų ir vertingiausių reakcijų, vykstančių tokio tipo ląstelėse, yra elektrolizė.

Įkraunamos baterijos yra elektrolitinių ir galvaninių elementų pavyzdžiai: jos įkraunamos, kad būtų pakeista jų cheminė reakcija ir atkurtos pradinės pakartotinio naudojimo sąlygos.

Pavyzdžiai

Danielio celė

Ši cheminė lygtis atitinka reakciją Danielio kameroje, kurioje dalyvauja cinkas ir varis:

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

Bet katijonai Cu ²⁺ ir Zn ²⁺ yra ne vieni, bet kartu su anijonais SO ₄ ² . Ši ląstelė gali būti pavaizduota taip:

Zn - ZnSO ₄ - - CuSO ₄ - Cu

Danieliaus ląstelė gali būti pastatyta bet kurioje laboratorijoje, labai dažnai pasikartojanti įvedus elektrochemiją. Kai Cu ²⁺ nusėda kaip Cu, CuSO ₄ tirpalo mėlyna spalva pamažu išnyks.

Platinos vandenilio ląstelė

Įsivaizduokite kamerą, kuri sunaudoja vandenilio dujas, gamina metalinį sidabrą ir tuo pačiu tiekia elektrą. Tai yra platina ir vandenilio ląstelė, o jo bendra reakcija yra tokia:

2AgCl (-ai) + H ₂ (g) → 2Ag (-ų) + 2H ⁺ + 2CL ^-

Čia anodo skyriuje turime inertinį platinos elektrodą, panardintą į vandenį ir pumpuojamą į dujinį vandenilį. H ₂ yra oksiduotas į H ⁺ ir pasiduoda savo elektronus į pieno AgCl nuosėdų katodo kabinos su metalinio sidabro elektrodo. Ant šio sidabro sumažės AgCl ir padidės elektrodo masė.

Ši ląstelė gali būti vaizduojama kaip:

Pt, H ₂ - H ⁺ - - Cl ^- , AgCl - Ag

Downs ląstelė

Pagaliau tarp elektrolitinių elementų yra lydytasis natrio chloridas, geriau žinomas kaip Downs ląstelė. Elektra naudojama išlydyto NaCl tūriui per elektrodus perkelti, tokiu būdu sukeliant šias reakcijas:

2Na ⁺ (l) + 2e ^- → 2Na (s) (katodas)

2Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2e ^- (anodas)

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

Taigi, elektros ir natrio chlorido dėka galima paruošti metalines natrio ir chloro dujas.

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
2. Vikipedija. (2020). Elektrocheminė ląstelė. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2020 m. Sausio 29 d.). Elektrocheminės ląstelės. Atgauta iš: thinkco.com
4. R. Laivas. (sf). Elektrocheminės ląstelės. Atkurta iš: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Chemikolas. (2017). Elektrocheminės ląstelės apibrėžimas. Atkurta iš: chemicool.com
6. Patricija Jankowski. (2020). Kas yra elektrocheminė ląstelė? - Struktūra ir panaudojimas. Tyrimas. Atgauta iš: study.com
7. Alchemija (2011 m. Kovo 3 d.). Elektrocheminės ląstelės. Chemija ir mokslas. Atkurta iš: laquimicaylaciencia.blogspot.com