grænseløs Kemi

voltaiske celler

en voltaisk celle er en enhed, der producerer en elektrisk strøm fra energi frigivet ved en spontan redoksreaktion i to halvceller.

nøgle grillbarer

nøglepunkter

• iltning beskriver tabet af elektroner med et molekyle, atom eller ion.
• reduktion beskriver forstærkningen af elektroner med et molekyle, atom eller ion.
• elektronerne strømmer altid fra anoden til katoden.
• halvcellerne er forbundet med en saltbro, der gør det muligt for ionerne i opløsningen at bevæge sig fra den ene halvcelle til den anden, så reaktionen kan fortsætte.

nøgleudtryk

• redoks: en reversibel kemisk reaktion, hvor en reaktion er en iltning, og omvendt er en reduktion.
• halvcelle: en af de to dele af en elektrokemisk celle indeholdende en elektrode og en elektrolyt.
• voltaisk celle: En celle, såsom i et batteri, hvor en irreversibel kemisk reaktion genererer elektricitet; en celle, der ikke kan genoplades.

en elektrokemisk celle er en enhed, der producerer en elektrisk strøm fra energi frigivet ved en spontan redoksreaktion. Denne form for celle omfatter den galvaniske eller voltaiske celle, opkaldt efter Luigi Galvani og Alessandro Volta. Disse forskere gennemførte flere eksperimenter med kemiske reaktioner og elektrisk strøm i slutningen af det 18.århundrede.

elektrokemiske celler har to ledende elektroder, kaldet anoden og katoden. Anoden er defineret som elektroden, hvor iltning forekommer. Katoden er elektroden, hvor reduktionen finder sted. Elektroder kan fremstilles af ethvert tilstrækkeligt ledende materiale, såsom metaller, halvledere, grafit og endda ledende polymerer. Mellem disse elektroder er elektrolytten, som indeholder ioner, der frit kan bevæge sig.

den voltaiske celle bruger to forskellige metalelektroder, hver i en elektrolytopløsning. Anoden vil blive iltet, og katoden vil blive reduceret. Anodens metal vil ilte, gå fra en iltningstilstand på 0 (i fast form) til en positiv iltningstilstand, og det vil blive en ion. Ved katoden accepterer metalionen i opløsningen en eller flere elektroner fra katoden, og ionens iltningstilstand reduceres til 0. Dette danner et fast metal, der aflejres på katoden. De to elektroder skal være elektrisk forbundet med hinanden, hvilket muliggør en strøm af elektroner, der forlader anodens metal og strømmer gennem denne forbindelse til ionerne ved katodens overflade. Denne strøm af elektroner er en elektrisk strøm, der kan bruges til at udføre arbejde, såsom at dreje en motor eller tænde et lys.

Eksempelreaktion

driftsprincippet for den voltaiske celle er en samtidig iltning og reduktionsreaktion, kaldet en redoksreaktion. Denne reaktion består af to halve reaktioner. I en typisk voltaisk celle er redoksparet kobber og sinc, repræsenteret i følgende halvcellereaktioner:

Sincelektrode (anode): sn(s)-2+(Ak) + 2 E–

kobberelektrode (katode): Cu2+(AK) + 2 E-Cu(er)

cellerne er konstrueret i separate bægre. Metalelektroderne nedsænkes i elektrolytopløsninger. Hver halvcelle er forbundet med en saltbro, som muliggør fri transport af Ioniske arter mellem de to celler. Når kredsløbet er færdigt, strømmer strømmen, og cellen “producerer” elektrisk energi.