ЕЛЕКТРОХЕМИЈСКЕ ЋЕЛИЈЕ: КОМПОНЕНТЕ, НАЧИН НА КОЈИ РАДЕ, ТИПОВИ, ПРИМЕР - ХЕМИЈА - 2025

У електрохемијске ћелије су уређаји у којима хемијске реакције пролазе где се хемијска енергија претвара у електричну енергију или обрнуто. Ове ћелије чине срце електрохемије, при чему душа представља потенцијалну размену електрона која се може догодити, спонтано или не, између две хемијске врсте.

Једна од две врсте оксидира, губи електроне, док се друга смањује, добијајући пренете електроне. Уобичајено, врста која се смањује је катион метала у раствору који добијањем електрона се на крају електрично таложи на електроди направљеној од истог метала. Са друге стране, врста која оксидира је метал, претварајући се у металне катионе.

Дијаграм за електрохемијску ћелију од Даниела. Извор: Рехуа

На пример, слика изнад представља Данијелову ћелију: најједноставнију од свих електрохемијских ћелија. Метална цинкова електрода оксидира, ослобађајући Зн ²⁺ катионе у водени медијум. То се догађа у ЗнСО ₄ контејнеру са леве стране.

Са десне стране, раствор садржи ЦуСО ₄ се смањује, трансформише Цу ²⁺ катјона у бакра која се таложи на бакра електроде. Током развоја ове реакције, електрони путују кроз спољни круг активирајући његове механизме; и зато, обезбеђивање електричне енергије за рад тима.

Компоненте електрохемијских ћелија

Електроде

У електрохемијским ћелијама настају или се троше електричне струје. Да би се осигурао адекватан проток електрона, морају постојати материјали који су добри проводници електричне енергије. Овде долазе електроде и спољни круг, опскрбљени бакреним, сребрним или златним ожичењима.

Електроде су материјали који обезбеђују површину на којој ће се одвијати реакције у електрохемијским ћелијама. Постоје две врсте зависно од реакције која се дешава у њима:

-Анода, електрода у којој долази до оксидације

-Катода, електрода где долази до редукције

Електроде се могу начинити од реактивног материјала, као у случају Данијелове ћелије (цинк и бакар); или од инертног материјала, као што се дешава када су направљени од платине или графита.

Електрони које анода ослобађа морају досећи катоду; али не кроз решење, већ кроз метални кабл који обе електроде спаја у спољни круг.

Растварање електролита

Раствор који окружује електроде такође игра важну улогу, јер је обогаћен јаким електролитима; као што су: КЦл, КНО ₃ , НаЦл, итд. Ови јони у одређеној мери фаворизују миграцију електрона из аноде у катоду, као и њихово спровођење кроз близину електрода, како би ступили у интеракцију са врстама које треба смањити.

Морска вода, на пример, води струју много боље него дестилована вода, са нижом концентрацијом јона. Због тога електрохемијске ћелије имају снажно растварање електролита међу својим компонентама.

Слани мост

Јони раствора почињу да окружују електроде изазивајући поларизацију набоја. Раствор око катоде почиње да постаје негативно наелектрисан, јер се катиони смањују; у случају Данијелове ћелије, Цу ²⁺ катиони депоновани као метални бакар на катоди. Тако почиње да постоји дефицит позитивних набоја.

Овде се слани мост интервенише да уравнотежи набоје и спречи да се електроде поларишу. Према страни катоде или преграда катиони ће мигрирати са сланог моста, било К ⁺ или Зн2 ⁺ , да би заменио Цу ^{2+ који се} конзумира. У међувремену, НО ₃ ^- ањони се мигрира из соли моста према анода одељак, да неутралише повећањем концентрације Зн ²⁺ катјона .

Солни мост састоји се од засићеног раствора соли, чији су крајеви прекривени гелом који је пропусан за јоне, али непропусан за воду.

Врсте електрохемијских ћелија и начин њиховог рада

Начин на који електрохемијска ћелија ради зависи од типа. У основи постоје две врсте: галвански (или волтајски) и електролитички.

Галванић

Данијелова ћелија је пример галванске електрохемијске ћелије. Код њих реакције настају спонтано и потенцијал батерије је позитиван; што је већи потенцијал, ћелија ће снабдевати више електричне енергије.

Ћелије или батерије су управо галванске ћелије: хемијски потенцијал између две електроде се претвара у електричну енергију када интервенира спољни круг који их спаја. Тако се електрони мигрирају из аноде, запаљују опрему на коју је батерија прикључена и враћају се директно на катоду.

Електролитички

Електролитичке ћелије су оне чије се реакције не јављају спонтано, осим ако се не снабдевају електричном енергијом из спољног извора. Овде се догађа супротан феномен: електрична енергија омогућава развијање не-спонтаних хемијских реакција.

Једна од најпознатијих и највреднијих реакција која се одвија унутар ове врсте ћелије је електролиза.

Пуњиве батерије су примери електролитских и истовремено галванских ћелија: они се поново пуне да би преокренули своје хемијске реакције и поново успоставили почетне услове за поновну употребу.

Примери

Данијелова ћелија

Следећа хемијска једначина одговара реакцији у Данијеловој ћелији у којој учествују цинк и бакар:

Зн (с) + Цу ²⁺ (ак) → Зн ²⁺ (ак) + Цу (с)

Али катиони Цу ²⁺ и Зн ²⁺ нису сами, већ их прате аниони СО ₄ ^2- . Ова ћелија може бити представљена на следећи начин:

Зн - ЗнСО ₄ - - ЦуСО ₄ - Цу

Данијелова ћелија може да се изгради у било којој лабораторији, што се врло често понавља као пракса увођења електрохемије. Како се Цу ²⁺ таложи као Цу, плава боја раствора ЦуСО ₄ постепено ће бледети .

Ћелија водоник платине

Замислите ћелију која троши водоник, производи метално сребро и истовремено испоручује струју. Ово је ћелија платине и водоника, а њена општа реакција је следећа:

2АгЦл (с) + Х ₂ (г) → 2АГ (с) + 2Х ⁺ + 2ЦЛ ^-

Овде у одељку за аноду имамо инертну платинасту електроду, потопљену у воду и упарену у гасовити водоник. Х ₂ се оксидише до Х ⁺ и одустане од својих електроне до млечно АгЦл талог у катодном одељку са металик сребрне електроде. На овом сребру АгЦл ће бити смањен и маса електроде ће се повећати.

Ова ћелија може бити представљена као:

Пт, Х ₂ - Х ⁺ - - Цл ^- , АгЦл - Аг

Довнс ћелија

И на крају, међу електролитичким ћелијама имамо и стапани натријум хлорид, познатији као Довнсова ћелија. Овде се електрична енергија користи за померање запремине растаљеног НаЦл кроз електроде, изазивајући следеће реакције:

2На ⁺ (л) + 2е ^- → 2На (катода)

2Цл ^- (л) → Цл ₂ (г) + 2е ^- (анода)

2НаЦл (л) → 2На (с) + Цл ₂ (г) (глобална реакција)

Тако се захваљујући електричној енергији и натријум хлориду могу добити препарати металних натријума и хлора.

Референце

1. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. (2008). Хемија (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Учење.
2. Википедиа. (2020). Електрохемијска ћелија. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Хелменстине, др Анне Марие (29. јануара 2020.). Електрохемијске ћелије. Опоравак од: тхинкцо.цом
4. Р. Схип. (сф) Електрохемијске ћелије. Опоравак од: хиперпхисицс.пхи-астр.гсу.еду
5. Цхемицоол. (2017). Дефиниција електрохемијске ћелије. Опоравак од: цхемицоол.цом
6. Патрициа Јанковски. (2020). Шта је електрохемијска ћелија? - Структура и употребе. Студи. Опоравак од: студи.цом
7. Алхемија (3. марта 2011). Електрохемијске ћелије. Хемија и наука. Опоравак од: лакуимицаилациенциа.блогспот.цом