ELEKTROCHEMICKÉ ČLÁNKY: KOMPONENTY, JAK FUNGUJÍ, TYPY, PŘÍKLAD - CHEMIE - 2025

Tyto elektrochemické články jsou zařízení, ve kterém chemické reakce projít, kde se chemická energie přeměněna na elektrickou energii, nebo naopak. Tyto buňky tvoří srdce elektrochemie, duše je potenciální výměna elektronů, ke které může dojít spontánně nebo ne mezi dvěma chemickými druhy.

Jeden ze dvou druhů oxiduje, ztrácí elektrony, zatímco druhý je redukován a získává přenesené elektrony. Obvykle je druhem, který je redukován, kovový kation v roztoku, který získáním elektronů končí tím, že je elektricky nanesen na elektrodu vyrobenou ze stejného kovu. Na druhé straně je druhem, který oxiduje, kov, který se mění na kovové kationty.

Schéma elektrochemického článku od Daniela. Zdroj: Rehua

Například výše uvedený obrázek představuje Danielovu buňku: nejjednodušší ze všech elektrochemických článků. Kovová zinková elektroda oxiduje a uvolňuje kationty Zn ²⁺ do vodného média. K tomu dochází v kontejneru ZnSO ₄ vlevo.

Na pravé straně, přičemž tento roztok obsahuje CuSO ₄ se sníží, transformuje Cu ²⁺ kationtů do kovové mědi, která je nanesena na měděné elektrodě. Během vývoje této reakce se elektrony pohybují vnějším obvodem aktivujícím jeho mechanismy; a proto poskytování elektrické energie pro provoz týmu.

Složky elektrochemických článků

Elektrody

Elektrické proudy jsou generovány nebo spotřebovány v elektrochemických článcích. Aby byl zajištěn dostatečný tok elektronů, musí existovat materiály, které jsou dobrými vodiči elektřiny. Zde přicházejí elektrody a vnější obvod, opatřeny měděnými, stříbrnými nebo zlatými vodiči.

Elektrody jsou materiály, které poskytují povrch, na kterém se reakce budou odehrávat v elektrochemických buňkách. V závislosti na reakci, která se v nich vyskytuje, existují dva typy:

-Aode, elektroda, kde dochází k oxidaci

- Katoda, elektroda, kde dochází ke snížení

Elektrody mohou být vyrobeny z reakčního materiálu, jako v případě Danielova článku (zinek a měď); nebo z inertního materiálu, jak se stane, když jsou vyrobeny z platiny nebo grafitu.

Elektrony uvolněné anodou musí dosáhnout katody; ale ne prostřednictvím řešení, ale kovovým kabelem, který spojuje obě elektrody s externím obvodem.

Rozpuštění elektrolytu

Důležitou roli hraje také řešení obklopující elektrody, protože je obohaceno o silné elektrolyty; jako: KCl, KNO ₃, NaCl atd. Tyto ionty do jisté míry podporují migraci elektronů z anody směrem ke katodě, jakož i jejich vedení v blízkosti elektrod pro interakci s redukovaným druhem.

Například mořská voda vede elektřinu mnohem lépe než destilovaná voda, s nižší koncentrací iontů. Proto mají elektrochemické články mezi svými součástmi silné rozpuštění elektrolytu.

Solný most

Ionty roztoku začínají obklopovat elektrody, což způsobuje polarizaci nábojů. Řešení kolem katody začíná být negativně nabité, protože se snižují kationty; v případě Danielovy buňky jsou kationty Cu ²⁺ uloženy jako kovová měď na katodě. Tak začíná být deficit kladných poplatků.

Zde zasahuje solný můstek, aby vyrovnal náboje a zabránil polarizaci elektrod. Směrem ke straně nebo oddílu katody budou kationty solného můstku migrovat, buď K ⁺ nebo Zn ²⁺, aby nahradily spotřebovaný Cu2 ⁺. Zatímco anionty solného můstku migrují NO ₃ ^- do anodového oddílu, neutralizují zvyšující se koncentraci kationtů Zn ²⁺.

Solný můstek je složen z nasyceného roztoku solí, jehož konce jsou pokryty gelem, který je propustný pro ionty, ale nepropustný pro vodu.

Typy elektrochemických článků a jejich fungování

Fungování elektrochemického článku závisí na tom, jaký je typ. V zásadě existují dva typy: galvanické (nebo voltické) a elektrolytické.

Galvanické

Danielova buňka je příkladem galvanického elektrochemického článku. U nich se reakce objevují spontánně a potenciál baterie je pozitivní; čím větší potenciál, tím více elektřiny bude buňka dodávat.

Buňky nebo baterie jsou přesně galvanické články: chemický potenciál mezi oběma elektrodami se při zásahu vnějšího obvodu, který je spojuje, transformuje na elektrickou energii. Elektrony tak migrují z anody, zapálí zařízení, ke kterému je připojena baterie, a vracejí se přímo do katody.

Elektrolytické

Elektrolytické články jsou ty, jejichž reakce se nevyskytují spontánně, pokud nejsou napájeny elektrickou energií z vnějšího zdroje. Zde dochází k opačnému jevu: elektřina umožňuje vývoj nechtěných chemických reakcí.

Jednou z nejznámějších a nejcennějších reakcí, ke kterým dochází v tomto typu článku, je elektrolýza.

Dobíjecí baterie jsou příklady elektrolytických a současně galvanických článků: jsou dobíjeny, aby zvrátily své chemické reakce a obnovily počáteční podmínky pro opětovné použití.

Příklady

Danielova cela

Následující chemická rovnice odpovídá reakci v Danielově buňce, na které se podílí zinek a měď:

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

Ale kationty Cu ²⁺ a Zn ²⁺ nejsou samostatně, ale spolu s anionty SO ₄ ^2-. Tuto buňku lze reprezentovat takto:

Zn - ZnSO ₄ - - CuSO ₄ - Cu

Danielova buňka může být postavena v jakékoli laboratoři, která se velmi často opakuje jako praxe při zavádění elektrochemie. Jak Cu ²⁺ je uložen jako Cu, modré barvy CuSO ₄ řešení bude postupně slábnout.

Vodíková buňka platiny

Představte si buňku, která spotřebovává plynný vodík, produkuje kovové stříbro a současně dodává elektřinu. Toto je platinová a vodíková buňka a její obecná reakce je následující:

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

Zde v anodové komoře máme inertní platinovou elektrodu, ponořenou ve vodě a čerpanou do plynného vodíku. H ₂ se oxiduje na H ⁺ a nechá jeho elektrony sraženiny mléčně AgCl v katodovém prostoru s kovovým stříbrné elektrody. Na tomto stříbře se AgCl sníží a hmotnost elektrody se zvýší.

Tuto buňku lze reprezentovat jako:

Pt, H ₂ - H ⁺ - - Cl ^-, AgCl - Ag

Downs cell

A konečně mezi elektrolytickými články máme fúzovaný chlorid sodný, lépe známý jako Downsova buňka. Zde se elektřina používá k pohybu objemu roztaveného NaCl elektrodami, což způsobuje následující reakce:

2Na ⁺ (l) + 2e ^- → 2Na (s) (katoda)

2Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2e ^- (anoda)

2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl ₂ (g) (globální reakce)

Díky elektřině a chloridu sodného lze tedy připravit kovový sodík a plynný chlór.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. Wikipedia. (2020). Elektrochemický článek. Obnoveno z: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29. ledna 2020). Elektrochemické buňky. Obnoveno z: thinkco.com
4. R. Loď. (sf). Elektrochemické buňky. Obnoveno z: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Chemicool. (2017). Definice elektrochemického článku. Obnoveno z: chemicool.com
6. Patricia Jankowski. (2020). Co je elektrochemická buňka? - Struktura a použití. Studie. Obnoveno z: study.com
7. Alchymie (3. března 2011). Elektrochemické články. Chemie a věda. Obnoveno z: laquimicaylaciencia.blogspot.com