1 / 63

ELEKTROCHÉMIA

ELEKTROCHÉMIA. Čím sa zaoberá?. Premenou elektrickej energie na chemickú Premenou chemickej energie na elektrickú. Prenos elektrónov. Reakcie prenosu elektrónov sú oxida čno-redukčné alebo redox reakcie . Dochádza k vzniku elektrického prúdu- (galvanické články )

winifred-cohen
Download Presentation

ELEKTROCHÉMIA

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ELEKTROCHÉMIA

  2. Čím sa zaoberá? • Premenou elektrickej energie na chemickú • Premenou chemickej energie na elektrickú

  3. Prenos elektrónov • Reakcie prenosu elektrónov sú oxidačno-redukčné alebo redox reakcie. • Dochádza k vzniku elektrického prúdu- (galvanické články ) • Prebiehajú reakcie pri pôsobení elektrického prúdu (elektrolytické články)

  4. Terminológiapre reakcie Redox • OXIDÁCIA—strata elektrónov, zvýšenie oxidačného čísla. • REDUKCIA— prijímanie elektrónov, zníženie oxidačného čísla. • OXIDAČNÉ ČINIDLO— elektrónový akceptor. • REDUKČNÉ ČINIDLO—elektrónový donor.

  5. OXIDAČO-REDUKČNÉ REAKCIE REDOX Reakcie Oxidačné a redukčné činidlo sú v priamom kontakte. Cu(s) + 2 Ag+ ---> Cu2+ + 2 Ag(s) Pokovovanie predmetov

  6. OXIDAČNO-REDUKČNÉ REAKCIE Nepriame REDOX reakcie Batéria pracuje tak, že prenáša elektróny z vonkajšieho drôtu z redukčného činidla na oxidačné činidlo.

  7. Prečo je treba poznať elektrochémiu? • Batérie • Korózia • Priemyselná výroba Al,Cl2, NaOH, F2 • Priemyselná elektrolytická rafinácia Cu, Ni, Au

  8. Elektrochemický článok • Zariadenie, v ktorom prebieha redox reakcia. • ---> galvanický článok • ----> elektrický prúd vzniká • ---> elektrolytický článok • ---> elektrický prúd vyvoláva chemickú zmenu. Batérie sú galvanické články

  9. Kovový vodič e l e k t r ó n y Cu Zn soľný mostik 2+ 2+ Zn ióny Cu ióny Základná koncepcia elektrochemických článkov Anóda Katóda

  10. Zn 2+ Cu ióny CHEMICKÁ ZMENA--->ELECTRICKÝPRÚD Cu sa postupne vylučuje na zinkovom plechu a zinok sa rozpúšťa. • Zn sa oxidujeZn(s) ---> Zn2+ + 2e- • Cu2+sa redukujeCu2+ + 2e- ---> Cu(s)

  11. drôt e l e k t r óny n Cu Zn soľný môstik 2+ 2+ Zn ióny Cu ióny CHEMICKÁ ZMENA--->ELEKTRICKÝPRÚD • Aby sme získali prúd oddelíme oxidáciu od redukcie do osobitných polčlánkov. • Elektróny putujú po vonkajšom kovovom vodiči. Danielov článok Takéto zoskupenie sa volá galvanický článok, alebo batéria.

  12. Danielov galvanický článok Katóda Anóda

  13. drôt e l e k t r óny n Cu Zn soľný môstik 2+ 2+ Zn ióny Cu ióny Zn --> Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e- --> Cu Oxidácia Anóda Záporná Redukcia Katóda Kladná •Elektróny sa pohybujú po vonkajšom drôte. • Soľný môstik a zabezpečuje pohyb iónov medzi polčlánkami. <--Anions Cations-->

  14. Electrochémia korózie V katódickej oblasti prebieha reakcia: O2 +H2O + 4e-  4OH- Ďalej dochádza k reakcii s kyslíkom: 2Fe2+ + O2 + 2OH-  Fe2O3(S) + H2O Produkt korózie je HRDZA Tak dochádza k vzniku „ HRDZE“ a objaví sa diera.

  15. drôt e l e c t róny o n Cu Zn salt bridge 2+ 2+ Zn ióny Cu ióny Potenciál článku, E • Pre galvanický článok Zn/Cu , je potenciál+1.10 Vpri 25 ˚C ak [Zn2+] a [Cu2+] = 1.0 M. • To ŠTANDARDNÝ POTENCIÁL ČLÁNKU, Eo

  16. Výpočet potenciálu článku • Polčlánkové redox reakcie sa spočítajú a dostaneme celkovú reakciu Zn(s) ---> Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e- ---> Cu(s) -------------------------------------------- Cu2+ + Zn(s) ---> Zn2+ + Cu(s) Ak poznáme Eokaždej polčlánkovej reakcie môžeme vypočítať Eopre celkovú reakciu ( pre celý článok).

  17. Oxidačná schopnosť iónov o E (V) 2+ Cu + 2e- Cu +0.34 + 2 H + 2e- H 0.00 2+ Zn + 2e- Zn -0.76 Redukčná schopnosť prvku TABUĽKA ŠTANDARDNÝCH REDUKČNÝCH POTENCIÁLOV 2 Pri určení oxidácie z tabuľky pre redukčné potenciály jednoducho zmeňte znamienko!

  18. ŠTANDARDNÁ VODÍKOVÁ ELEKTRÓDA 2H+(aq) H2(g) Volts(red) = 0 voltov [H+] = 1 mol/l P = 101 325 Pa, T = 25oC

  19. + Zn/Cu Danielov článok Zn(s) ---> Zn2+ + 2e- Eo = +0.76 V Cu2+ + 2e- ---> Cu(s) Eo = +0.34 V --------------------------------------------------------------- Cu2+ + Zn(s) ---> Zn2+ + Cu(s) Eo = +1.10 V Anóda, záporná, zdroj elektrónov Katóda, kladná

  20. Štandardný potenciál článku

  21. Štandarndé redukčné potenciály pri 298 K Redukčná reakcia Rastúca schopnosť oxidačného činidla

  22. Konvencia o znamienkach ΔG = - z F E z- počet elektrónov F – Faradayova konštanta E- potenciál článku • Galvanické články: E>O , ΔG<0 Proces je samovoľný • Elektrolytické články : E<0, ΔG>0 • Proces je vynútený

  23. Danielov článok • ΔG = -zFE kde • E je potenciál článku • Z je počet elektrónov • F je Faradayova konštanta (96 485 Coulombov) • ΔGo = -zFEo pre Danielov článok Eo = 1.10 V z = 2 ΔGo = -2x96485 x1.10 = -212 kJ PROCES JE SAMOVOĽNÝ

  24. Nernstova rovnica Pamätáte si, že ΔG = ΔGo + RTlnQ, preto, -zFE = -zFEo + RTlnQ, alebo zFE = zFEo – RTlnQ, alebo E = Eo – (RT/zF)lnQ Pri T=298 K je E = Eo – (0.059/z)logQ Toto je NERNSTOVA ROVNICA

  25. Walther Herman Nernst1864-1941

  26. ø Zn(s) Zn2+(aq, 1M) Cu2+(aq, 1M) Cu(s) E = + 1.10V anóda Soľný môstik katóda = = = Diagramy článkov • IUPAC - konvencia (International Union of Pure and Applied Chemistry) • Pravidlá písania diagramu: • Fázové rozhranie sa zázorňuje plnou zvislou čiarou • Označenie fázy a koncentrácie je v zátvorke • Anóda sa vždy píše na ľavú stranu • Látky s nižším oxidačným číslom sú vedľa inertnej elektródy.

  27. Eogalvanického článku • Fe je lepšie redukčné činidlo ako Cd • Cd2+je lepšie oxidačné činidlo ako Fe2+ Celková reakcia Fe + Cd2+ ---> Cd + Fe2+ Eo = E˚kat. + E˚anod = (-0.40 V) + - (-0.44 V) = +0.04 V

  28. Elektrochémia korózie Železo nie je homogénne. Obsahuje trochu uhíka a iných kovov. V niektorých oblastiach sú napätia. Niektoré z týchto oblastí sú anodické ( zdroj e-), zatiaľčo iné sú katodické. V anodickej oblasti sa za prítomnosti vody železo oxiduje Fe(S) Fe2+ + 2e- Ióny Fe2+ migrujú vo vode do katodickej oblasti.

  29. Elektrochémia korózie V katódickej oblasti prebieha reakcia: O2 +H2O + 4e-  4OH- Ďalej dochádza k reakcii s kyslíkom: 2Fe2+ + O2 + 2OH-  Fe2O3(S) + H2O Produkt korózie je HRDZA Tak dochádza k vzniku „ HRDZE“ a objaví sa diera.

  30. Elektrolýza Používanie elektrického prúdu na vyvolanie chemickej zmeny (nabíjanie batérie, alebo elektrolytická reakcia). Poznámka: Chemická reakcia musí prebiehať. Preto je použité napätie vždy vyššie ako rovnovážne.

  31. Electrolýza Pri riešení problémov elektrolýzy je treba vypočítať: • Prúd a dobu • Náboj v coulomboch • Látkové možstvo produktu  • Hmotnosť produktu

  32. + + - - Elektrolytický článok Definície…. Katóda Záporná elektróda Anóda Kladná elektróda Katión Kladný ión Elektrolyt Vodný roztok iónov alebo ióny v tavenine Anión Záporný ión

  33. - + Cu2+ Cl- Cl- Elektrolýza Elektrolýza chloridu meďnatého (CuCl2). Chlorid meďnatý disociuje na Cu2+ a 2Cl-.

  34. - Cu2+ Elektrolýza Na katóde…

  35. Elektrolýza Na katóde… - e- e- Cu2+

  36. Elektrolýza Na katóde… - e- e- Cu2+

  37. Elektrolýza Na katóde… - e- Cu2+ e-

  38. Elektrolýza Na katóde… - e- Cu2+ e-

  39. Elektrolýza Na katóde… - Cu

  40. Elektrolýza Na katóde… - Cu Cu

  41. Elektrolýza Na katóde… - Cu Cu Cu

  42. Elektrolýza Na katóde… -

  43. Elektrolýza Na anóde… + Cl- Cl-

  44. Elektrolýza Na anóde… + Cl- Cl-

  45. Elektrolýza Na anóde + Cl- Cl-

  46. Elektrolýza Na anóde… + e- Cl2 e-

  47. Elektrolýza Na anóde… + e- e- Cl2

  48. Elektrolýza Na aóde… + e- e- Cl2

  49. Elektrolýza Na anóde… + Cl2

  50. Elektrolýza Na anóde… + Cl2 Cl2

More Related