To tylko jedna z 17 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
ELEKTROCHEMIA Jeżeli w roztworze elektrolitu zanurzy się płytkę metalową, to na granicy faz metal/roztwór wytwarza się charakterystyczna różnica potencjału elektrycznego. Zjawisko to spowodowane jest przechodzeniem jonów metalu z fazy metalicznej do roztworu oraz procesem odwrotnym - przyjmowaniem przez powierzchnię metalu jonów z roztworu. Wskutek wysyłania przez powierzchnię metalu pewnej liczby jonów dodatnich do roztworu ładuje się ona ujemnie. Pojawiające się w wyniku tego w roztworze jony dodatnie stopniowo gromadzą się w pobliżu ujemnie naładowanej powierzchni metalu. W ten sposób ustala się pewna równowaga i na granicy faz metal/roztwór tworzy się podwójna warstwa elektryczna. Jeżeli metal zanurzony do roztworu wykazuje małą aktywność chemiczną (jak np. metale szlachetne) - następuje proces przeciwny: dodatnie jony z roztworu osadzają się na jego powierzchni, która ładuje się dodatnio, a warstwa roztworu najbliższa powierzchni metalu ładuje się ujemnie. Układ składający się z metalu zanurzonego w roztworze elektrolitu nazywa się umownie elektrodą lub półogniwem . Potencjał elektryczny na granicy metal/roztwór nazywa się potencjałem elektrody . Zależność tę ujmuje w zór Nernsta :
dla elektrody, na której zachodzi reakcja elektrodowa: wzór Nernsta ma postać (postać uproszczona) : gdzie: ε - potencjał elektrody
ε o - standardowy (normalny) potencjał elektrody R - stała gazowa T - temperatura bezwzględna
z - ładunek jonu a M z+ - aktywność kationów [mol/dm 3 ]
F - stała Faradaya - czyli ładunek potrzebny do wydzielenia na elektrodzie 1/z moli substancji, gdzie z jest liczbą elektronów występujących w równaniu reakcji elektrodowej; F równa się 96 500 C ⋅ mol .
Dla: powstawanie podwójnej warstwy elektrycznej na granicy faz metal/roztwór Jeżeli elektrody są zanurzone w roztworze o niewielkim stężeniu we wzorze Nernsta zamiast aktywności stosuje się stężenia.
Dwie elektrody połączone przewodnikiem elektrolitycznym stanowią ogniwo elektrochemiczne (galwaniczne) . W ogniwie na jednej elektrodzie następuje redukcja kationów do metalu:
M
(…)
… następuje redukcja kationów do metalu:
MIz+ + z e → MI
a na drugiej - przechodzenie jonów metalu do roztworu (utlenianie):
MII → MIIz+ + z e
Razem: Potencjały poszczególnych elektrod: 2,303 R T
ε1 = ε1o + --------------- log aM I z+
z F
2,303 R T
ε2 = ε2o + --------------- log aM II z+
z F
Różnica pomiędzy potencjałami elektrod tworzących ogniwo jest siłą motoryczną tego ogniwa E (SEM):
Siła elektromotoryczna ogniwa może być mierzona metodą, w której nie następuje pobór prądu, np. metodą kompensacyjną.
2,303 RT aMIIz+
E = (ε1o - ε2o) - ------------ log -------
z ⋅ F aM Iz+ Eo
standardowa siła elektromotoryczna ogniwa
Dla roztworów rozcieńczonych:
gdzie: CM IIz+ - stężenie molowe jonów przy elektrodzie dodatniej
CM Iz+ - stężenie molowe jonów przy elektrodzie ujemnej
W każdym ogniwie elektrochemicznym…
…+ dla stężeń jednostkowych:
2 Eo F = RT ln Kc czyli: RT Eo = ------ ln Kc 2 F
Znając potencjał normalny można obliczyć potencjał elektrody w roztworze jej jonów o dowolnym stężeniu oraz stałą rownowagi reakcji procesu elektrodowego.
Potencjał standardowy elektrody wyznacza się mierząc siłę elektromotoryczną ogniwa zbudowanego z tej elektrody (o jednostkowym stężeniu jonów) i elektrody o znanym potencjale (np…
… potencjałach redoks są silnymi reduktorami, a te o wysokich potencjałach redoks - silnymi utleniaczami.
Substancja o wyższym potencjale redoks zdolna jest utlenić każdą substancję o niższym potencjale redoks.
Potencjał redoks jest miarą zdolności do pobierania lub oddawania elektronów przez układ i decyduje o kierunku samorzutnej reakcji redoks.
ELEKTROLIZA
Przepływ prądu przez elektrolit powoduje zachodzenie w nim różnych procesów redoks, przy czym podczas tych reakcji wymiana elektronów zachodzi nie bezpośrednio między reagentami, lecz za pośrednictwem elektrod zanurzonych do elektrolitu. Ogół procesów zachodzących w elektrolicie pod wpływem przepływu prądu elektrycznego nazywa się elektrolizą.
Na przykład, przepływ prądu przez roztwór HCl powoduje zachodzenie reakcji:
na katodzie: H+ + e H redukacja
H + H H2…
… elektrodowych, ogniwo musi pracować w temp. 120 - 200oC. Proces rozpoczyna się od otrzymania czystego wodoru - jako paliwo używa się gaz ziemny, naftę, metanol, odsiarczony biogaz (bez CO). Wodór jest bardzo wybuchowy, więc muszą być zachowane specjalne warunki bezpiecznego jego gromadzenia. Do tego celu stosuje się m.in. stop niklu z lantanem (w stosunku molowym 5 : 1), który pod zwiększonym ciśnieniem…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)