Voltaic sejtek
a voltaic cella olyan eszköz, amely elektromos áramot termel a spontán redox reakció két félcellában.
tanulási célok
emlékezzünk arra, hogy a redukció a katódnál történik, az oxidáció pedig az anódnál történik egy voltaic sejtben
kulcsfontosságú Elvihetőségek
kulcsfontosságú pontok
- az oxidáció leírja az elektronok molekula, atom vagy ion általi elvesztését.
- a redukció az elektronok molekula, atom vagy ion általi nyereségét írja le.
- az elektronok mindig az anódtól a katódig áramlanak.
- a félsejteket egy sóhíd köti össze, amely lehetővé teszi, hogy az oldatban lévő ionok az egyik félcellából a másikba mozogjanak, így a reakció folytatódhat.
kulcsfogalmak
- redox: reverzibilis kémiai reakció, amelyben az egyik reakció oxidáció, a fordított pedig redukció.
- félcella: egy elektrokémiai cella két részének bármelyike, amely elektródot és elektrolitot tartalmaz.
- voltaic cella: Olyan cella, például egy akkumulátorban, amelyben visszafordíthatatlan kémiai reakció villamos energiát termel; olyan cella, amelyet nem lehet újratölteni.
az elektrokémiai cella olyan eszköz, amely spontán redox reakció által felszabaduló energiából elektromos áramot termel. Ez a fajta sejt magában foglalja a galvanikus vagy voltaic cellát, amelyet Luigi Galvani és Alessandro Volta után neveztek el. Ezek a tudósok számos kísérletet végeztek a kémiai reakciókkal és az elektromos árammal a 18.század végén.
az elektrokémiai celláknak két vezetőképes elektródája van, az úgynevezett anód és a katód. Az anód az az elektróda, ahol oxidáció történik. A katód az az elektróda, ahol redukció történik. Az elektródák bármilyen kellően vezető anyagból készülhetnek, például fémekből, félvezetőkből, grafitból, sőt vezetőképes polimerekből is. Ezen elektródák között található az elektrolit, amely szabadon mozgó ionokat tartalmaz.
a voltaic cella két különböző fémelektródát használ, mindegyik elektrolit oldatban. Az anód oxidáción, a katód pedig redukción megy keresztül. Az anód fémje oxidálódik, 0 oxidációs állapotból (szilárd formában) pozitív oxidációs állapotba kerül, és ionná válik. A katódnál az oldatban lévő fémion Elfogad egy vagy több elektronot a katódból, az ion oxidációs állapota pedig 0-ra csökken. Ez szilárd fémet képez, amely lerakódik a katódon. A két elektródának elektromosan össze kell kapcsolódnia egymással, lehetővé téve az anód fémét elhagyó elektronok áramlását, és ezen a csatlakozáson keresztül a katód felületén lévő ionokhoz áramlik. Ez az elektronáramlás olyan elektromos áram, amely felhasználható munkára, például motor forgatására vagy fény táplálására.
példa reakció
a voltaikus sejt működési elve egyidejű oxidációs és redukciós reakció, amelyet redox reakciónak neveznek. Ez a redox reakció két félreakcióból áll. Egy tipikus voltaikus cellában a redox pár a réz és a cink, amelyek a következő félsejtes reakciókban jelennek meg:
cink elektróda (anód): Zn(s) Zn2+(aq) + 2 E –
réz elektróda (katód): Cu2 + (aq) + 2 e– CU(S)
a cellák külön főzőpoharakban vannak kialakítva. A fém elektródákat elektrolit oldatokba merítik. Mindegyik félcellát egy sóhíd köti össze, amely lehetővé teszi az ionos fajok szabad szállítását a két sejt között. Amikor az áramkör befejeződött, az áram áramlik, és a cella “termel” elektromos energiát.
galvanikus vagy voltaic cella: a cella két félcellából áll, amelyek sóhídon vagy áteresztő membránon keresztül kapcsolódnak egymáshoz. Az elektródákat elektrolit oldatokba merítik, és elektromos terhelésen keresztül csatlakoztatják.
a réz könnyen oxidálja a cinket; az anód cink, a katód pedig réz. Az oldatokban lévő anionok a megfelelő Fémek szulfátjai. Amikor egy elektromosan vezető eszköz összeköti az elektródákat, az elektrokémiai reakció a következő:
Zn + Cu2 + Kb Zn2 + + Cu