Elektrokémia Flashcards
Az elektronátmenet felhasználható elektromos energia termelésére…
ha sikerül térbelileg elkülönítenünk az oxidációt és a redukciót.
Ha cinklemezt réz-szulfát oldatba merítünk:
akkor a cinklemez felületén réz válik ki. A cinkatomok elektront adnak le és cinkionok formájában az oldatba mennek. Az oldat rézionjai felveszik az elektronokat és rézatomok formájában kiválnak a cinklemez felületén. Itt az elektronátmenet közvetlenül egymás közt játszódott le, az elektromos energia termeléséhez térbelileg el kell választani az oxidációt és a redukciót.
Galvánelemek
A kémiai energiát elektromos energiává alakítják át.
Daniell elem felépítése:
Cinklemez cink szulfát oldatba, rézlemez réz szulfát oldatba merül, a két elektrolitot vagy diafragmával választjuk el, vagy sóhíddal kötjük össze.
A két elektródot elektromos vezetővel kötjük össze.
Daniell elem működése:
A cinklemez cinkionok képződése közben folyamatosan oldódik, a hátrahagyott elektronoktól negatív töltésű lesz, ő lesz az anód. A hátrahagyott elektronok a fémes vezetőn keresztül átáramlanak a rézlemezre, ahol a réz szulfát oldat rézionjai felveszik, és rézatomokká redukálódva kiválnak a rézlemez felületén. Az anód elektrolitoldatában egyre több a pozitív töltésű ion, a katód elektrolitoldatában egyre kevesebb. Az egyensúly azért nem borul fel, mert a töltéskiegyenlítődés biztosított sóhíddal vagy diafragmával. Másrészt a rajtuk keresztül mozgó elektronok biztosítják hogy zárt legyen az áramkör.
Elektromotoros erő:
Az elem maximális munkavégzőképességének a mértéke. Az a feszültség, amelyet akkor mérünk a két elektród között, amikor a cellán gyakorlatilag nem folyik át áram.
Jele: Emf Mértékegysége: V
Mitől függ az elektromotoros erő?
Az elektródok anyagi minőségétől, és az oldat koncentrációjától.
Mi annak a elektromotoros erőnél kisebb feszültségnek a neve, amit az elem működésekor mérünk?
Kapocsfeszültség
Standard elektromotoros erő:
Az a feszültség, amelyet 25 C-on és standard nyomáson mérünk, ha az elektrolitok ionkoncentrációja 1mol/dm^3
Mitől függ a standard elektromotoros erő?
Csak az elektródok anyagi minőségétől függ.
Mi kell ahhoz, hogy egy elektród feszültségét számszerűen meghatározzuk?
Ahhoz, hogy egy elektród feszültségét számszerűen meghatározzuk, választanunk kell egy vonatkoztatási elektródot. Ez a standard hidrogénelektród.
Standard hidrogénelektród:
Finom eloszlású platinával bevont platinalemez, amely 1mol/dm^3 oxóniumion koncentrációjú oldatba merül és amelyen 25 C-os 0,1 MPa nyomású gázt buborékoltatnak át.
Standard elektródpotenciál
A vizsgált elektródból és a standard hidrogénelektródból álló galváncella elektromotoros ereje.
A nagyobb standardpotenciálú nemfémes elem oxidálni képes…
az oldatban lévő kisebb standardpotenciálú nemfémes elem ionjait.
A kisebb standardpotenciálú fém redukálni képes…
a nagyobb standardpotenciálú fém vagy hidrogén oldatban lévő ionjait.
Milyen fémek fejleszthetnek hidrogént savakból?
Csak negatív standardpotenciálú fémek.
Elektrolízis
Az elektromos áram hatására, az elektrolitok oldata vagy olvadéka és az elektródok határfelületén lejátszódó kémiai reakció.
Réz-klorid elektrolízise:
Az elektrolit a réz-klorid, ebbe két grafitelektród merül, amihez egyenáramforrást kapcsolunk. Az oldat pozitív és negatív töltésű ionjai töltésüknek megfelelően elmozdulnak; a negatív elektródon a rézionok redukálódnak, a pozitív elektródon a klórionok oxidálódnak.
A galvánelemekhez hasonlóan itt is az anódon oxidáció a katódon redukció játszódik le.
Az elektródokra mindig jellemző a rajtuk…
végbemenő folyamat.
Tehát a katódon réz válik ki-rézelektród lesz
Az anódon klór válik ki-klórelektród lesz.
Az elektrolízis során mindig az a folyamat megy végbe…
amelyikhez kisebb energia szükséges.
Pl; a nátrium-szulfát elektrolízisénél mivel a víz oldószerként jelen van, így az is részt vesz az elektrolízisben, így nem nátrium és szulfátionok válnak ki, hanem hidrogén és oxigén fejlődik, mivel a víz elektrolíziséhez kisebb energia szükséges.
Az elektrolízishez mindig nagyobb feszültség szükséges…
mint a létrejött galvánelem elektromotoros ereje.
Az elektród anyagától is függ, hogy melyik folyamat a kedvezményezett:
mindig az alacsonyabb energiaigényű folyamat játszódik le.
Pl ha NaCl elektrolízáljuk, és higany katódot alkalmazunk, akkor nátrium ionok redukálódnak-fémnátrium válik ki. A fémnátrium feloldódik a higanyban, higany-amalgám képződik, amelyet az un. bontócellákban vízzel reagáltatnak, így NaOH és hidrogéngázt kapnak.
Vízből csak azok a fémek fejleszthetnek hidrogént…
amelyek standardpotenciálja -0,83 voltnál kisebb érték. A vizet csak az ilyen fémek bontják.
Az anódon is az a folyamat megy végbe…
amelyik energetikailag kedvezőbb. Empirikus szabály, hogy vizes oldatból csak egyszerű ionok (F- Cl- Br- I-) oxidálódnak az anódon, összetett ionok esetében (szulfátion, nitrátion) a vízmolekulák vesznek részt az elektródreakciókban.
Faraday első törvénye:
Az elektrolízis során, az elektródokon leváló anyag tömege egyenesen arányos az elektrolizáló cellán áthaladt elektromos töltéssel.
m=k*Q
A k az elektrokémiai egyenérték
1C töltés hatására leváló anyag tömegét adja meg.
Faraday első törvényéből következik:
Hogy például ha 1 A erősségű árammal 1 óráig, vagy 2 A erősségű árammal fél óráig, vagy 4 A erősségű árammal negyedóráig elektrolizálunk, a leváló anyag tömege, az elektrolízis termékei azonos mennyiségű lesz.
Faraday második törvénye:
Az elektrolizáló cellán áthaladt elektromos töltés és az elektródreakcióban részt vevő elektronok száma egyenesen arányos egymással.
Ha 96494 C töltés halad át, akkor 1 mol elektron vesz részt a reakcióban, ez azt is jelenti, hogy 1 mol z töltésű elektron semlegesítéséhez z*96494C töltés szükséges.
Faraday-állandó:
96494 C/mol
Elektrokohászat:
Olyan eljárás, melynek során olvasztott ércből, vagy ércből előállított alkalmas vegyületből fémet állítanak elő ipari méretekben.
Pl; NaCl olvadékából fémnátrium, vagy a timföldből aluminium
Fémtisztítás: szennyezett réz tisztítása:
Anódra a szennyezett rezet kapcsolják, a katódra a tiszta réz válik ki, az elektrolit a réz szulfát kénsavas oldata.
Víz elektrolízisével állítható elő a:
hidrogén, az oxigén és a deutériumtartalmú nehézvíz is.
NaCl vizes oldatának elektrolízisével NaOH, H és Cl keletkezik.
Galvanizálás:
Olyan eljárás, melynek során fémet elektrolitikus úton valamilyen másik fém vékony rétegével vonnak be.
A bevonandó tárgy a katód, az anód az a fém, amellyel be akarják vonni, az elektrolit pedig az anód sóját tartalmazza.
Pl ezüsttükör, az anód a fémezüst, az elektrolit ezüst-nitrát oldat.
Galvanoplasztika:
Olyan eljárás, melynek során egy tárgyról fémmásolat készíthető úgy, hogy a tárgyról készített lenyomatra, vastag nemtapadó fémréteget választanak le.
A lenyomat gyakran képlékeny anyagból készül, például viaszból, ezt grafitréteggel vonják be, hogy jó vezetővé váljon. A lenyomatot katódként kapcsolják, az anód amiből a tárgyat reprodukálni akarják. Az elektrolízis végén a fémréteget leválasztják a lenyomatról, ez a matrica, amiből tetszőleges másolat készíthető.
