ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЯЧЕЙКИ: СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ, ПРИНЦИП РАБОТЫ, ТИПЫ, ПРИМЕР - ХИМИЯ

Эти электрохимические элементы представляют собой устройство , в которых химические реакции проходят , где химическая энергия преобразуется в электрическую энергию или наоборот. Эти клетки составляют основу электрохимии, а душа - это потенциальный обмен электронами, который может происходить, спонтанно или нет, между двумя химическими веществами.

Один из двух видов окисляется, теряет электроны, а другой восстанавливается, получая перенесенные электроны. Обычно восстанавливаемый компонент представляет собой катион металла в растворе, который, приобретая электроны, в конечном итоге электрически осаждается на электроде, сделанном из того же металла. С другой стороны, окисляющаяся разновидность - это металл, превращающийся в катионы металлов.

Схема электрохимической ячейки от Daniel. Источник: Rehua

Например, на изображении выше представлена ячейка Даниила: простейшая из всех электрохимических ячеек. Металлический цинковый электрод окисляется, высвобождая катионы Zn ²⁺ в водную среду. Это происходит в контейнере ZnSO ₄ слева.

Справа раствор, содержащий CuSO ₄ , восстанавливается, превращая катионы Cu ²⁺ в металлическую медь, которая осаждается на медном электроде. Во время развития этой реакции электроны проходят через внешнюю цепь, активируя ее механизмы; и, следовательно, обеспечение электрической энергией для работы команды.

Компоненты электрохимических ячеек

Электроды

Электрические токи генерируются или потребляются в электрохимических ячейках. Чтобы обеспечить адекватный поток электронов, должны быть материалы, которые хорошо проводят электричество. Здесь вступают в силу электроды и внешняя цепь с медной, серебряной или золотой проводкой.

Электроды - это материалы, которые обеспечивают поверхность, на которой будут происходить реакции в электрохимических ячейках. В зависимости от протекающей в них реакции бывают двух типов:

-Аузел, электрод, где происходит окисление

-Катод, электрод, на котором происходит восстановление

Электроды могут быть изготовлены из реагирующего материала, как в случае ячейки Даниэля (цинк и медь); или из инертного материала, как это бывает, когда они сделаны из платины или графита.

Электроны, выпущенные анодом, должны достигать катода; но не через раствор, а через металлический кабель, соединяющий оба электрода с внешней цепью.

Растворение электролита

Раствор, окружающий электроды, также играет важную роль, поскольку он обогащен сильными электролитами; такие как: KCl, KNO ₃ , NaCl и т. д. Эти ионы в определенной степени способствуют миграции электронов от анода к катоду, а также их проводимости через окрестности электродов для взаимодействия с частицами, подлежащими восстановлению.

Например, морская вода проводит электричество намного лучше, чем дистиллированная вода, с более низкой концентрацией ионов. Вот почему в составе электрохимических ячеек наблюдается сильное растворение электролита.

Солевой мост

Ионы раствора начинают окружать электроды, вызывая поляризацию зарядов. Раствор вокруг катода начинает становиться отрицательно заряженным, поскольку катионы восстанавливаются; в случае ячейки Дэниела катионы Cu ²⁺ осаждаются на катоде в виде металлической меди. Таким образом, начинает возникать дефицит положительных зарядов.

Здесь солевой мостик уравновешивает заряды и предотвращает поляризацию электродов. По направлению к стороне или отсеку катода катионы солевого мостика будут мигрировать, либо K ^+, либо Zn ²⁺ , чтобы вытеснить израсходованный Cu ²⁺ . Между тем, анионы NO ₃^- будут мигрировать из солевого мостика в анодный отсек, чтобы нейтрализовать возрастающую концентрацию катионов Zn ²⁺ .

Солевой мостик состоит из насыщенного раствора солей, концы которого покрыты гелем, проницаемым для ионов, но непроницаемым для воды.

Типы электрохимических ячеек и как они работают

Как работает электрохимическая ячейка, зависит от ее типа. В основном есть два типа: гальванические (или гальванические) и электролитические.

гальванический

Ячейка Даниэля является примером гальванической электрохимической ячейки. В них реакции происходят самопроизвольно и потенциал аккумулятора положительный; чем больше потенциал, тем больше электричества будет поставлять ячейка.

Элементы или батареи - это в точности гальванические элементы: химический потенциал между двумя электродами преобразуется в электрическую энергию, когда вмешивается внешняя цепь, соединяющая их. Таким образом, электроны мигрируют от анода, воспламеняют оборудование, к которому подключена батарея, и возвращаются прямо на катод.

электролитический

Электролитические ячейки - это ячейки, реакции которых не происходят спонтанно, если только они не получают электроэнергию от внешнего источника. Здесь происходит обратное явление: электричество позволяет развиваться несамопроизвольным химическим реакциям.

Одна из самых известных и наиболее ценных реакций, протекающих в ячейках этого типа, - это электролиз.

Перезаряжаемые батареи являются примерами электролитических и одновременно гальванических элементов: они перезаряжаются, чтобы обратить вспять их химические реакции и восстановить исходные условия для повторного использования.

Примеры

Камера Даниила

Следующее химическое уравнение соответствует реакции в ячейке Даниила, в которой участвуют цинк и медь:

Zn (т) + Cu ²⁺ (водн.) → Zn ²⁺ (водн.) + Cu (т. Е.)

Но катионы Cu ²⁺ и Zn ²⁺ не одни, а сопровождаются анионами SO ₄^2- . Эту ячейку можно представить следующим образом:

Zn - ZnSO ₄ - - CuSO ₄ - Cu

Ячейку Даниэля можно построить в любой лаборатории, что очень часто встречается при внедрении электрохимии. По мере осаждения Cu ²⁺ в виде Cu синий цвет раствора CuSO ₄ будет постепенно исчезать.

Платиновый водородный элемент

Представьте себе элемент, который потребляет газообразный водород, производит металлическое серебро и в то же время поставляет электричество. Это платиновый и водородный элемент, и его общая реакция выглядит следующим образом:

2AgCl (т) + H ₂ (г) → 2Ag (т) + 2H ⁺ + 2Cl ^-

Здесь, в анодном отсеке, находится инертный платиновый электрод, погруженный в воду и перекачиваемый в газообразный водород. H ₂ окисляется до H ⁺ и отдает свои электроны молочному осадку AgCl в катодном отсеке с помощью металлического серебряного электрода. На этом серебре количество AgCl уменьшится, а масса электрода увеличится.

Эту ячейку можно представить как:

Pt, H ₂ - H ⁺ - - Cl ^- , AgCl - Ag

Даунс ячейка

И, наконец, среди электролитических ячеек у нас есть ячейка из плавленого хлорида натрия, более известная как ячейка Дауна. Здесь электричество используется для перемещения объема расплавленного NaCl через электроды, вызывая, таким образом, следующие реакции:

2Na ⁺ (l) + 2e ^- → 2Na (s) (катод)

2Cl ^- (l) → Cl ₂ (г) + 2e ^- (анод)

2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl ₂ (g) (глобальная реакция)

Таким образом, благодаря электричеству и хлориду натрия можно получить металлический натрий и газообразный хлор.

Ссылки

Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
Wikipedia. (2020). Электрохимическая ячейка. Получено с: en.wikipedia.org
Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (29 января 2020 г.). Электрохимические ячейки. Получено с: thinkco.com
Р. Шип. (SF). Электрохимические ячейки. Получено с: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
Chemicool. (2017). Определение электрохимической ячейки. Получено с: chemicool.com
Патрисия Янковски. (2020). Что такое электрохимическая ячейка? - Структура и использование. Учиться. Получено с: study.com
алхимия (3 марта 2011 г.). Электрохимические ячейки. Химия и наука. Получено с: laquimicaylaciencia.blogspot.com

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЯЧЕЙКИ: СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ, ПРИНЦИП РАБОТЫ, ТИПЫ, ПРИМЕР - ХИМИЯ - 2025