Download - Elektrokémia
Elektrokémia
Me-
Me-
M
felületi potenciál
r
Galvani potenciál (belsõ pot. )
Volta pot. (külsõ pot. )
M(s) M+
(aq) + e-
Galvani potenciál különbség
FÉM OLDAT
M+
M+
M+
M+
M+
M+
A-
A-
A-
http://www.chemguide.co.uk/physical/redoxeqia/introduction.html
Elektród: olyan rendszer, amelyben elsőrendű vezető (fém) érintkezik másodrendű vezetővel (fémionok vizes oldata)
ElektrokémiaGALVÁNCELLA 2 elektród + sóhíd / porózus felület
Pl. : Zn(s) ZnSO4(aq) CuSO4(aq) Cu(s)
oxidáció - anódredukció - katód
A két elektród elektrolit oldatai érintkeznek egymással
Galvánelem – Elektrolizáló cella
E = katód - anód
A standard hidrogénelektród
H+(aq) + e =1/2 H2(g)
Megállapodás szerint:
ºH+/H2 := 0
Félcella-reakciója:
Pt | H2 | 1 M H+(aq)
pontosabban(!):
Pt | H2 | 1 mol H+ /1 kg oldat
Elektrokémia
ElektrokémiaElektrokémiai cella:
2 elektród, elektrolit
félcella + sóhíd
galváncella
elektrolizáló cella
félreakciók
redox reakció: két félreakció - redukció, oxidáció
Cu2+(s) + Zn(s) Cu(s) + Zn2+
(aq)
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-
Az elektród potenciálja (): annak a galváncellának az elektromotoros ereje, amelynek az egyik elektródja a kérdéses elektród, a másik pedig a standardhidrogénelektródStandardpotenciál (º): egységnyi koncentrációjú (aktivitású) oldat elektród potenciálja
Negatívabb oxidálódik, pozitívabb redukálódik.
Elektrokémia
Redoxireakciók:
egyensúly E° (volts)
-3.03
-2.92
-2.87
-2.71 -2.37
-1.66
-0.76
-0.44
-0.13
0
+0.34 +0.77
+0.80
+1.33
+1.36
+1.50http://www.chemguide.co.uk/physical/redoxeqia/nonmetal.html#top
KzFRT
ln - o
elektródreakció egyenlete: aA + bB +ze– cC + dD
ba
d
BAD
K][][][c[C]
ElektrokémiaNernst-egyenlet
= –G/zF
Egyensúlyban G=0 G= Go - RTlnK
F = 96 485 C / mol
Elektrokémia
Oldhatatlan sóelektród
Ag
AgCl
Ag+(aq) + e- Ag(s)
= 0(Ag
/Ag) ++ ln[Ag+]
RTF
[Ag+] = LAgCl/[Cl-]
Cl-(aq)
Ag+(aq)
állandókoncentráció
(aktivitás)
Elektrokémia
Elsőfajú elektród, pl.:
Ag+(sz) + e = Ag(sz)Ag(sz) | Ag+ (aq)
függ a koncentrációtól
Másodfajú elektród, pl.:
Ag+(sz) + e = Ag(sz)AgCl(sz) Ag+(aq) + Cl(ag)Ag(sz) | AgCl | KCl 1 mol / kg (aq)
AgCl oldatbeli koncentrációja jóközelítéssel állandó → állandó
Jó referenciaelektród!
Elektrokémia
Redox elektród
Fe2+(aq) Fe3+
(aq)
= 0(Fe3+/Fe2+) +RTF
ln[Fe2+]
[Fe3+]
Fe3+(aq) + e- Fe2+
(aq)
Fe2+(aq)
Fe3+(aq) + e-
Pt
Elektrokémia
Cellapotenciál:
az a feszültség, ami akkor mérhető, amikor a cellán nem folyik át áram
Koncentációs elem: két elektród anyaga ugyanaz, de eltérő a koncentráció
EMF = katód - anód = Cu-Zn = 0(Cu2+/Cu) + RT/2F * ln[Cu2+] -0(Zn2+/Zn) - RT/2F * ln[Zn2+] =0(Cu) - 0(Zn) + RT/2F * ln([Cu2+]/[Zn2+]EMF = elektromos erõ
EMF = 1-2 =RTzF
lnc2
c1
10=2
0
Elektrokémia
pH-mérés:
Egyensúly: EMF = 0
katód = anód
RTzF
lnK = (0K - 0
A)
RTln
[pH2]H+/H2 = 0
(H+/H2) +[H+]
zF
Georges Leclanché (18391882) _
+
grafit
C + MnO2
légtér
záróréteg
Znmembrán
NH4Cl + ZnCl2
burkolat
Hasonlóan működik az alkáli-szárazelem:
A Leclanché-féle szárazelemElektrokémia
Elektrokémia
Töltött Kisütés
Kisütött Töltés
Pb(sz) + HSO4 = PbSO4(sz) + H+ + 2e anód: oxidáció
PbO2(sz) + HSO4 + 3H+ + 2e = PbSO4(sz) + 2 H2O katód: redukció
Pb(sz) + PbO2 + 2H+ + 2HSO4 = 2PbSO4(sz) + 2H2O
Az ólomakkumulátor
Elektrokémia
Elektrolízis – áram hatására lejátszódó kémiai változás
bomlásfeszültség – legkisebb olyan feszültség, amellyel tartós elektrolízis megvalósítható, ha nincs túlfeszültség, akkor
K-A
H+(aq) + Cl-(aq) H2(g) + Cl2(g)
Elektrokémia
Túlfeszültség = tényleges - (Nernst) elektródfüggõ
pl. 2H+(aq) + 2e- H2 Hg - nagy
Pt - kis
Pt Hg
I
(Áram)
Elektrokémia
FARADAY TÖRVÉNY:
n =ItzF
I - áramerõsségt - idõ (s)z - átadott elektronok számaF - Faraday állandó
Egyenáram
FémPt
oldatAnód: +
O2H2
Katód: -
2O2 = O2 + 4e
oxidáció
pl. a víz bontása
4H+ + 4e = 2H2
redukció
Az elektrolízis ipari felhasználása: alumíniumgyártás
Na3AlF6 (kriolit)és Al2O3 olvadéka
A termék árában nagy arányban benne van az elektromos áram ára!!(Pl. Izland bauxitja (Al2O3) nincs, mégis az Al-gyártás az egyik legfontosabb bevétele.)
Más fémek is: pl. Na (és hypo NaOCl gyártása)
Elektrokémia