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