To tylko jedna z 6 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
II. ELEKTROCHEMIA Podejmując próbę klasyfikacji różnych reakcji chemicznych często stwierdzamy fakt, że niektóre z nich są reakcjami elektrochemicznymi, ponieważ zachodzą z wymianą elektronów m iędzy reagentami. Elektrochemia jest dziedziną nauki i techniki, która między innymi zajmuje się właściwościami elektrolitów, przewodnictwem elektrycznym roztworów elektrolitów i stopionych soli oraz procesami przemiany energii reakcji chemicznych w energię elektryczną i odwrotnie. Rozwój elektrochemii zapoczątkowały na przełomie XVIII i XIX wieku badania, odkrycia i wynalazki Volty , który zajmował się aktywnością chemiczną metali ( szereg napięciowy ) i skonstruował pierwszą baterię , ogniwo srebrowo - cynkowe (tzw. stos Volty ). Allessandro Volta (1745-1827) włoski fizyk, profesor Uniwersytetu w Pawii Szereg elektrochemiczny (napięciowy) metali Volta uszeregował metale pod względem malejącej aktywności chemicznej wiedząc , że metal bardziej aktywny chemicznie zawsze wypiera metal o mniejszej aktywności z roztworu jego soli. Przykładowo, już w średniowieczu stosowano żelazo do wydzielania miedzi z roztworów CuSO 4 : CuSO 4 + Fe = Cu + FeSO 4 (1) Reakcja (1) ma charakter re akc ji elektrochemicznej , polegającej na r ównocze snym utlenienia żelaza i redukcji miedzi (II) : Cu 2+ + Fe = Cu + Fe 2+ (2 ) W podobny sposób z roztworu soli kadmu (II) można wydzielić kadm w reakcji z cynkiem: Cd 2+ + Zn = Cd + Zn 2+ , (3 ) lub z roztworów soli srebra(I) wydzielić srebro za pomocą miedzi: 2Ag + + Cu = 2Ag + Cu 2+ (4) Volta w podanym przez siebie szeregu umieścił także wodór, który niejako naturalnie rozgranicza metale nieszlachetne od metali szlac hetnych. Po pierwsze, m etale nieszlachetne o umiarkowanej aktywności chemicznej wypierają wodór w trakcie roztwarza nia w kwasach , a najbardziej aktywne ( litowce, berylowce, glin) wypierają wodór z wody. Po drugie metale szlachetne nie wypierają wodoru z kwasów i roztwarzają się tylko w kwasach utleniających. Miarą aktywności chemicznej metali i kryterium oceny ich szlachetności lub nieszlachetności jest znak i wartość potencjału elektrochemicznego ( E ) - czyli skoku potencjału elektrycznego na powierzchni styku między danym m etal em, zazwyczaj w postaci blaszki, a wodnym roztworem jego soli . Przyczyną pojawienia się tego skoku potencjału jest podwójna warstwa elektryczna na powierzchni styku między metalem (M) a roztworem , mająca związek z położeniem stanu równowagi w procesie utleniania atomów i redukcji kationów metalu:
(…)
… = 96485 C, a EoM/Mn+ jest standardowym potencjałem elektrody w temperaturze 298 K w roztworze o jednostkowej aktywności jonów Mn+.
Fizykochemik niemiecki Walther Hermann Nernst (1864-1941),
laureat nagrody Nobla w 1920 roku
Z fizyki wiadomo, że potencjału dowolnej elektrody nie można zmierzyć bezpośrednio, ponieważ mierzalna jest tylko różnica potencjałów między daną elektrodą a inną elektrodą, wybraną…
… wodór. Elektroda wodorowa jest elektrodą gazową, odwracalną względem kationu:
½ H2 = H+ + e- (7)
Równanie Nernsta określające potencjał elektrody wodorowej ma postać:
(8)
gdzie pH2 jest ciśnieniem wodoru, a po = 101,3 kPa ciśnieniem standardowym. Gdy czysty wodór przepływa przez elektrodę pod ciśnieniem 101,3 kPa, a aktywność jonów wodorowych jest równa 1 mol/dm3, to jest to standardowa elektroda…
… mają wysoką sprawność, która w przypadku ogniwa tlenowo-wodorowego sięga 70%. Zaletą tych ogniw jest bezgłośna praca, a także brak lub bardzo niska emisja gazów toksycznych dla środowiska, np. SO2 i tlenków azotu. ELEKTROLIZA
Z poprzedniej części wykładu wiemy, że energia samorzutnych reakcji chemicznych zachodzących w ogniwach jest zamieniana na energię elektryczną. Odmienna sytuacja ma miejsce w procesie…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)