Electrochemistry

2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12

Elektrohemija obuhvata sve hemijske procese koji uključuju prenos elektrona. Kada se dogodi hemijski proces koji proizvodi prijenos elektrona, to se naziva ćelija ili baterija, ali kada je kemijski proces uzrokovan električnom strujom (varijacija u broju elektrona), ovaj proces se naziva elektroliza.

Rezimirajući, ćelija i baterija su hemijski procesi koji se javljaju spontano i stvaraju električnu struju, a elektroliza je hemijski proces (hemijska reakcija) koji se odvija nespontano, odnosno dešava se u prisustvu električne struje.

Prvu bateriju kreirao je 1800. Alessandro Volta, koji je koristio bakrene i cink diskove, odvojene pamukom natopljenim fiziološkim rastvorom.

Diskovi su se zvali elektrode, pošto su elektroni napustili cink prema bakru, uzrokujući malu struju da teče.

Godine 1836. John Frederick Daniell je napravio bateriju sa bakrenim i cinkanim elektrodama, ali je svaka elektroda bila smještena u pojedinačnu ćeliju, što je povećalo efikasnost baterije, jer je imala cijev koja je povezivala dvije bačve, ovo cijev se zvala slani most. Ovaj stack je postao poznat kao Daniellov stack.

Katoda je pozitivna elektroda, to je elektroda na kojoj dolazi do redukcije, dobijanja elektrona, a anoda, to je negativna elektroda, to je elektroda na kojoj se javljaoksidacija, dolazi do gubitka elektrona.

U ovom steku moguće je provjeriti polujednačine reakcije:

Cu²⁺ +2e^– –> Cu(s)

jon bakra (Cu²⁺) u rastvoru je smanjen za 2 e^{– koji dolazi iz električne struje}

Zn_(s) –> Zn²⁺ + 2e^–

cink se oksidira, formirajući jon cinka (Zn²⁺) i 2 e^{–. Ovi elektroni će biti odgovorni za stvaranje električne struje u sistemu (bateriji).}

Cu²⁺ + 2e^– –> Cu⁰

Zn⁰ –> Zn²⁺ + 2e^–

^{________________________________}

Zn⁰ + Cu²⁺ –> Zn²⁺+ Cu⁰

Razvojom reakcije dolazi do stvaranja metalnog bakra koji će se taložiti na površini bakarne elektrode, a bakarna elektroda će korodirati, budući da se cink pretvara u jone koji će idite na rastvor cink sulfata.

Daniel stack može biti napisan od strane:

Zn⁰ + Cu²⁺_(aq) – > Zn²⁺_(aq) + Cu⁰

ili

Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu

gdje, || predstavlja most soli.

S alt Bridge

Ima funkciju sprečavanja mešanja rastvora u obe bačve, a njegova funkcija, možda glavna, je i da sprečipostoji višak tereta u rezervoarima.

U slučaju Daniellove ćelije, elektrohemijski rezervoar koji sadrži cink elektrodu i rastvor cink sulfata, ostaje sa viškom pozitivnih naelektrisanja, a zatim se aktivira preko mosta soli, kako bi se smanjila ova koncentracija koja uzrokuje bateriju da ne prestane sa radom. Ista stvar se dešava u kadi koja sadrži bakarnu elektrodu, ali sa suprotnim naelektrisanjem.

Svaka baterija ima potencijal, odnosno proizvodi napon, a taj potencijal se mjeri u bateriji, u slučaju komercijalnih baterija, koje se koriste u radijima, daljinskim upravljačima i igračkama, napon općenito je 1,5V, samo variranje rezervne veličine baterija, koje mogu biti A, AA, D, itd.

Potencijal ćelije se može dati, na pojednostavljen način, sa:

E=E_major – E_manji,

gde je E_najveći i E_{najmanji, potencijalni obrasci smanjenja svake polujednačine.}

Standardni potencijal se mjeri u odnosu na vodonik, koji po konvenciji ima denominaciju standardnog potencijala vodika, koji je jednak 0 V.

Po potencijalu baterije se zna da li se reakcija javlja ili ne. Kada je varijacija potencijala ćelije,

E, veći je od nule, reakcija je spontana. Kada je potencijal negativan, reakcija se ne dešava spontano i što je veći pozitivni potencijal, to je veća efikasnost baterije.

Počinjeiz ovoga je moguće provjeriti neke događaje koji se dešavaju u našem danu i koji se objašnjavaju elektrohemijskim reakcijama.