330 likes | 807 Views
ELEKTROCHEMIE. Zabývá se rovnováhami a ději v soustavách obsahujících …………………………. elektricky nabité částice. KATIONTY. ANIONTY. Ca 2+ x Ca +II samostatný kation oxidační číslo ve sloučenině např. v roztoku jen ve sloučenině. zvýšení oxidačního čísla. OXIDACE = ………………………..
E N D
ELEKTROCHEMIE Zabývá se rovnováhami a ději v soustavách obsahujících ………………………….. elektricky nabité částice KATIONTY ANIONTY Ca2+ x Ca+II samostatný kation oxidační číslo ve sloučenině např. v roztoku jen ve sloučenině
zvýšení oxidačního čísla OXIDACE = ……………………….. REDUKCE = ………………………….. Redoxní děj: snížení oxidačního čísla C0 + O20 CIVO2 -II Oxidace C0 - 4e- CIV Redukce 2O0 + 4e- 2O-II
OXIDAČNÍ ČINIDLO: jinou látku oxiduje, samo se redukuje, přijímá elektrony od jiné látky. REDUKČNÍ ČINIDLO: jinou látku redukuje, samo se oxiduje, odevzdává elektrony jiné látce. OXIDAČNÍ ČINIDLO: jinou látku oxiduje, samo se redukuje, přijímá elektrony od jiné látky. REDUKČNÍ ČINIDLO: jinou látku redukuje, samo se oxiduje, odevzdává elektrony jiné látce. 3
Elektrická dvojvrstva: • pokud ponoříme kov do vody, část kationtů z jeho povrchu se uvolní • elektrony ………………………….., • …………………… • povrch kovu se nabíjí …………. • a okolí ……………. • 2 ………. elektricky nabité vrstvy • elektrická dvojvrstva se uvolnit nemohou zůstávají v kovu záporně kladně opačně 4
Poločlánek: • …… ponořený do roztoku …………. (Cu do ……………, Zn do ……………..) • některé kovy (Zn) svoje kationty …………………….. • jiné (Cu) je ……………………. • vzniká ………………., • nabíjí se na určitý • potenciál • hodnotu ………….. kov vlastní soli CuSO4 ZnSO4 do roztoku uvolňují z roztoku přijímají el. dvojvrstva nelze měřit
Článek: • vodivé propojení dvou ………………….. • rozdíl dvou potenciálů = …………………………. • hodnotu ……………. • Zn0→ Zn2++ 2e- Cu2++ 2e- → Cu0 poločlánků ELEKTRICKÉ NAPĚTÍ lze měřit - + anoda katoda
Daniellův článek: nejjednodušší vodivě propojen solným můstkem …………. = elektroda, kde probíhá ……………. …………. = elektroda, kde probíhá ……………. John Frederic Daniell OXIDACE ANODA KATODA REDUKCE
Standardní (redukční, redoxní) potenciál kovu: ………………….. mezi elektrodami článku sestaveného z daného ……. ponořeného do roztoku svých iontů o koncentraci 1 mol/l a …………………… E0 (V) Vodíková elektroda : srovnávací poločlánek, ………………. stanoveno ………………… platinový plíšek, na kterém se zachychuje plynný vodík ponořený do roztoku o koncentraci H+ iontů 1 mol/l (jednotkové koncentraci) rozdíl potenciálů kovu vodíkové elektrody E0(H2) = 0 V dohodou
Beketovova řada napětí kovů: Neušlechtilé kovyHUšlechtilé kovy E0 = -E0 = 0E0 = + K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Ni Sn PbHBi Cu Hg Ag Au N. Beketov si všiml, že některé kovy mohou „vytěsnit“ jiné kovy z jejich sloučenin a seřadil je podle této schopnosti Nikolaj Nikolajevič Beketov
Standardní potenciály některých kovů: číselné vyjádření Beketovovy řady seřazení (nejen) kovů podle vzrůstajícího standardního potenciálu Elektroda Potenciál (V) Li+/Li - 3,02 K+/K - 2,92 Na+/Na - 2,71 Zn2+/Zn - 0,76 Fe2+/Fe - 0,43 Fe3+/Fe - 0,04 H+/H 0,00 Cu2+/Cu + 0,34 Ag+/Ag + 0,80 Hg2+/Hg + 0,85 Au+/Au + 1,50 (všechny děje jsou uvedeny ve směru redukce)
Z řady napětí kovů plyne: Kov ležící nalevo • může vytěsnit kov ležící napravo Fe + CuSO4 Cu + FeSO4 • jesilnější REDUKČNÍčinidlo než kov napravo • reaguje s kyselinou za uvolnění H2 Zn + 2 HCl H2 + ZnCl2 Kovy ležící napravoreagují s kyselinami, které mají oxidační účinky. Nevzniká vodík. 3 Cu+ 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Čím menší standardní potenciál, tím silnější redukční činidlo.
Nernstova rovnice: výpočet potenciálu kovové elektrody, která vysílá do roztoku kationty E = E0 + RT/νF . ln c R ... univerzální konstanta = 8,314 47 J. K−1. mol−1 ν ... náboj iontu F … Faradayův náboj, náboj 1 molu elektronů, 96 485 C/mol c ... koncentrace iontu Je-li znám E0, vypočítáme potenciál pro libovolnou koncentraci iontu Nernstova-Petersova rovnice: výpočet potenciálu libovolné redoxní soustavě E = E0 + RT/νF ln (cox/cred) cox/cred … koncentrace oxidované a redukované formy látky
Napětí mezi poločlánky (ve standardním stavu) • E (V) = rozdíl E0 jednotlivých poločlánků • (od většího čísla odečteme menší) • Vypočítej rozdíl potenciálů: • Zn a Cu článku • E0 (Zn2+/Zn)= -0,763 V • E0 (Cu2+/Cu)= +0,337 V • Zn a Pb článku • E0 (Zn2+/Zn)= -0,763 V • E0 (Pb2+/Pb)= -0,126 V 0 V 0,337 V -0,763 V E = +0,337 – (-0,763) E = 1,1 V 0 V -0,126 V -0,763 V E = -0,126 – (- 0,763) E = 0,637 V
GALVANICKÉ ČLÁNKY Vnějším spojením obou elektrod dochází k samovolné reakci – soustava koná práci, poskytuje elektrickou energii TYPY GALVANICKÝCH ČLÁNKŮ • Primární – nevratné, nedají se znovu nabít • Sekundární – vratné, dají se znovu nabít, akumulátory • Palivové články – přivádí se nepřetržitě palivo, elektrody se neúčastí reakce
Luigi Galvani • LuigiGalvani • lékař a porodník z Bologne, univerzitní profesor • objevil stahy mrtvých svalů po zásahu elektřinou • (statickou nebo vyvolanou spojením dvou kovů), • po něm nazván jev „galvanismus“
Primární články: • Daniellův článek • Zn a Cu plíšek v roztoku svých solí Zn ……………………….., Cu ………………………… (……………………………………..) • napětí = 1,1 V • …….., také Lechlancheův článek • elektrolyt původně jen NH4Cl • vylepšen ZnCl2 – delší výdrž, • nevyteče • napětí = …… – ……………., ………………… - …………. • Zn0 + 2 NH4Cl + 2 MnIVO2 → 2 MnIIIO(OH) + [ZnII(NH3)2]Cl2 se oxiduje a rozpouští se redukuje a sráží do spotřebování výchozích látek suchý 1,5 V monočlánek 3 za sebou (4,5 V) baterie
1:celý článek 2:kovový vnější obal s potiskem 3:zinková záporná elektroda 4:uhlíková tyčinka 5:kladná elektroda (oxid manganičitý a práškový uhlík nasáklý elektrolytem) 6:papírový separátor 7:polyethylénová nepropustná vrstva 8:těsnící kroužky 9:záporný pól 10:kladný pól (původně připevněn k uhlíkové tyčince) Rozebraný zinko-chloridový článek (podobný zinko-uhlíkovému)
Rtuťový článek do naslouchátek, hodinek napětí = 1,35 V delší životnost než suchý Leclancheův Alkalický článek ocelový váleček katoda z MnO2 anoda - práškový Zn v elektrolytu (KOH nebo NaOH a voda) dnes nejpoužívanější
Lithiový článek dlouhá životnost kardiostimulátory aj. Zleva: kovový obal - anoda s vrstvou lithia (poškrábaná místa na vzduchu rychle oxidují), pórovitý separátor, katoda z oxidu manganičitého, kovová mřížka jako "sběrač proudu", kovový obal - kladný pól. Dole těsnící plastový kroužek
2) Sekundární články: akumulátory • v ………………… nebo tam, kde …………………………… …… (v osvětlovacích zařízeních, nemocnicích, zabezpečovacích zařízeních, v telekomunikaci, v jaderných elektrárnách...) - průchodem ………………….. proudu se akumulátor ……….., po odpojení zdroje běží ……………………………………….. a poskytuje ……………………….. by výpadek elektřiny ohrozil provoz automobilech stejnosměrného nabíjí zpětná reakce samovolně elektrickou energii
Olověný akumulátor Reakce: vybíjení Pb +PbO2 +2 H2SO4 2 PbSO4 +2H2O nabíjení 1 sada deskových elektrod dává 2 V → napětí 6,12, 24 V podle počtu sad
Nikl-kadmiový akumulátor NiMH akumulátor anoda - směs hydridů kovů (Ni, Co, Mn… ) katoda NiO(OH) elektrolyt - vodný roztok KOH Lithium-iontový akumulátor anoda uhlík, katoda oxid kovu, elektrolyt lithiová sůl mobily, notebooky…
ELEKTROLÝZA • redoxní reakce, která je umožněna průchodem ………………… proudu ………… nebo …………. elektrolytu • opak redoxních dějů v ……………. • ANODA = elektroda, kde probíhá OXIDACE • KATODA = elektroda, kde probíhá REDUKCE stejnosměrného roztokem taveninou el. článku
kladné ionty (………..) putujík ……….. elektrodě záporné ionty (………..)ke ………. elektrodě elektrolýza taveniny NaCl elektrolýza roztoku NaCl s kapkou fenolftaleinu kationty záporné anionty kladné KATODA ANODA KATODA ANODA 2 Cl- - 2 e- → 2 Cl0 → Cl2 2 Cl- - 2 e- → 2 Cl0 → Cl2 A: A: 2 Na+ + 2 e- → 2 Na0 H2O + 2e- → 2 OH- + H2 K: K:
Faradayovy zákony: Vyloučené množství látky je přímo úměrné prošlému náboji. m = A * Q Q = I*t (proud*čas) m = A * I * t A elektrochemický ekvivalent Látková množství vyloučená týmž nábojem jsou chemicky ekvivalentní. m/M = I*t / ν*FA = M / ν*F M molární hmotnost F Faradayova konstanta 96 485 C/mol t doba elektrolýzy (s) ν náboj iontu m hmotnost
Využití elektrolýzy: • elektrolytická výroba kovů z tavenin • čištění kovů • galvanické pokovování (galvanizace) - protikorozní ochrana