voltaïsche cellen
een voltaïsche cel is een apparaat dat een elektrische stroom produceert uit energie die vrijkomt door een spontane redoxreactie in twee halve cellen.
leerdoelen
bedenk dat reductie gebeurt aan de kathode en oxidatie gebeurt aan de anode in een voltaïsche cel
Key Takeaways
Key Points
- oxidatie beschrijft het verlies van elektronen door een molecuul, atoom of ion.
- reductie beschrijft de versterking van elektronen door een molecuul, atoom of ion.
- de elektronen stromen altijd van de anode naar de kathode.
- de halfcellen zijn verbonden door een zoutbrug waardoor de ionen in de oplossing van de ene halfcel naar de andere kunnen bewegen, zodat de reactie kan doorgaan.
sleuteltermen
- redox: een reversibele chemische reactie waarbij één reactie een oxidatie is en de omgekeerde een reductie.
- halfcellig: een van de twee delen van een elektrochemische cel met een elektrode en een elektrolyt.
- voltaïsche cel: Een cel, zoals in een batterij, waarin een onomkeerbare chemische reactie elektriciteit genereert; een cel die niet kan worden opgeladen.
een elektrochemische cel is een apparaat dat een elektrische stroom produceert uit energie die vrijkomt door een spontane redoxreactie. Dit soort cel omvat de galvanische, of voltaïsche, cel, vernoemd naar Luigi Galvani en Alessandro Volta. Deze wetenschappers voerden verschillende experimenten uit op chemische reacties en elektrische stroom tijdens de late 18e eeuw.
elektrochemische cellen hebben twee geleidende elektroden, de anode en de kathode genoemd. De anode wordt gedefinieerd als de elektrode waar oxidatie optreedt. De kathode is de elektrode waar reductie plaatsvindt. Elektroden kunnen worden gemaakt van voldoende geleidende materialen, zoals metalen, halfgeleiders, grafiet en zelfs geleidende polymeren. Tussen deze elektroden zit de elektrolyt, die ionen bevat die vrij kunnen bewegen.
De voltaïsche cel gebruikt twee verschillende metaalelektroden, elk in een elektrolytenoplossing. De anode ondergaat oxidatie en de kathode wordt gereduceerd. Het Metaal van de anode zal oxideren, gaande van een oxidatietoestand van 0 (in de vaste vorm) naar een positieve oxidatietoestand, en het zal een ion worden. Aan de kathode zal het metaalion in de oplossing een of meer elektronen uit de kathode opnemen, en de oxidatietoestand van het ion zal afnemen tot 0. Dit vormt een vast metaal dat afzettingen op de kathode. De twee elektroden moeten elektrisch met elkaar verbonden zijn, waardoor een stroom elektronen mogelijk is die het Metaal van de anode verlaten en door deze verbinding naar de ionen aan het oppervlak van de kathode stromen. Deze stroom van elektronen is een elektrische stroom die kan worden gebruikt om werk te doen, zoals het draaien van een motor of het aandrijven van een licht.
voorbeeld reactie
Het werkingsprincipe van de voltaïsche cel is een gelijktijdige oxidatie-en reductiereactie, een redoxreactie genoemd. Deze redoxreactie bestaat uit twee halve reacties. In een typische voltaïsche cel is het redoxpaar koper en zink, vertegenwoordigd in de volgende halfcelreacties:
Zinkelektrode (anode): Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 E –
koperelektrode (kathode): Cu2+(aq) + 2 e– → Cu (s)
de cellen worden geconstrueerd in afzonderlijke bekers. De metalen elektroden worden ondergedompeld in elektrolytenoplossingen. Elke halve cel wordt verbonden door een zoutbrug, die voor het vrije Vervoer van ionische species tussen de twee cellen toestaat. Wanneer het circuit is voltooid, stroomt de stroom en de cel “produceert” elektrische energie.
een galvanische of voltaïsche cel: de cel bestaat uit twee halve cellen die verbonden zijn via een zoutbrug of een doorlaatbaar membraan. De elektroden worden ondergedompeld in elektrolytenoplossingen en verbonden door een elektrische belasting.
koper oxideert zink; de anode is zink en de kathode is koper. De anionen in de oplossingen zijn sulfaten van de respectievelijke metalen. Wanneer een elektrisch geleidend apparaat de elektroden verbindt, is de elektrochemische reactie:
Zn + Cu2 + → Zn2+ + Cu