2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
Osnovni cilj elektrohemije je proučavanje sistema sposobnih da isporuče koristan električni rad iz oksidaciono-redukcionih reakcija (galvanske ćelije) ili sistema u kojima se oksidaciono-redukcioni procesi dešavaju kada primaju korisni električni rad (elektroliza).
Prva elektrohemijska istraživanja datiraju iz 1786. godine, a izveo ih je Galvani. Primetio je da se žablji krak "pomerio" kada se na njega primeni razlika električnog potencijala. Jedan od polova elementa električnog pražnjenja bio je pričvršćen za nerv, a drugi za mišić. Galvani je zamislio da sistem formira kondenzator, ispuštajući svoj elektricitet u nogu.
Kasnije je potvrdio da tkivo noge dozvoljava prolaz struje, objašnjavajući tako fenomen. U to vrijeme metalni provodnici su već bili poznati i stoga je novi vod prepoznat kao elektrolitički provodnik.
U međuvremenu, Voltino najveće otkriće bila je voltaična ćelija 1796. sačinjena od olova i srebra uronjena u elektrolit.
Odmah je uslijedilo otkriće elektrolize vode koja uključuje oslobađanje vodika i kisika (Nicholson & Carlisle, 1800), prijedlog mehanizma protonskog skoka za provođenje struje u kiselim otopinama (Grotthuss, 1805) itd.
Konačno, 1835. godine, pojavili su se Faradejevi zakoni, koji su i daljevaži do danas, s obzirom na njihovu blisku vezu sa funkcionalnom strukturom materije. Faraday je bio taj koji je uveo elektrohemijske termine kao što su jon, kation, anjon, elektroda, elektrolit, itd. koji se koriste do danas.
Pošto je provodljivost električne energije suštinska karakteristika materijala koji učestvuju, prikladno je razmotriti elektrohemijski sistem sastavljen od najmanje dva elektronska provodnika (zvana elektrode) razdvojena elektrolitičkim provodnikom.
Faradayev zakon
Kada se električna struja prođe kroz sučelje metal/elektrolit, dolazi do kemijskih reakcija oksidacije ili redukcije u kojima metal može ali ne mora sudjelovati. Na primjer, kada pozitivna električna struja prođe kroz sučelje, kao što je u slučaju metalne srebrne elektrode uronjene u otopinu rastvorljive srebrove soli, elektroni teku preko interfejsa u smjeru suprotnom od smjera struje. istovremeno ioni srebra teku prema unutrašnjosti otopine, pri čemu dolazi do reakcije:
Postoje i druge mogućnosti, a jedan od najčešćih primjera je slučaj elektrode koja ne učestvuje u reakciji. Na primjer, na platini ili ugljiku uronjenom u otopinu iona željeza:
Zaključak predstavljenih primjera može se sažeti na sljedeći način: „Prelazak električne struje iz metalnog provodnika u elektrolitički provodnik, ili obrnuto, uvijek je praćenelektrohemijska reakcija. Ovo je generički oblik izjave Faradejevog zakona.
Kvantitativno, Faraday je također predložio "Veličina hemijskog efekta, u hemijskim ekvivalentima, ista je i na površini metala i u elektrolitičkom rastvoru i određena je isključivo količinom električne energije koja prolazi". Ovo odgovara tvrdnji da, ako jedan ekvivalent elektrona teče preko interfejsa, jedan gram-ekvivalent vrste uključene u elektrolitički proces treba oksidirati ili reducirati. Naboj odgovara ekvivalentu elektrona i tradicionalno poznat po imenu autora zakona (Faraday) i matematički odgovara obliku:
F=Ne
Gdje je F Faraday, N je Avogadrov broj i e je naboj elektrona. Zamjenom vrijednosti N i e, dobija se sa dobrom aproksimacijom da je F=96.500 C.
Prema tome, u elektrolizi u kojoj se struja održava konstantnom, masa materijala uključenog u svaki od elektrolitičkih procesa može se izračunati reakcijom:
Gdje je I trenutna, t je vrijeme, a Eq je ekvivalent -gram vrste uključene u elektrolitički proces, odnosno;
Biti n broj elektrona koji su uključeni u elektrohemijsku reakciju.
