Galvanizare. Electrochimie B. Lukas Woolley, Rafael Adamek, Peter Krack. 24 februarie, ETH Zurich

Elektrochemie B Lukas Woolley Rafael Adamek Peter Krack ETH Zurich 24 februarie 2017

electrochimie

Celula de electroliză + - e e catod anodic e Cu CuSO 4 Cu 2+ Cu 2+ e

Tipurile de celule pot fi împărțite în două tipuri de celule: Celulă galvanică: Electricitatea este generată de electrozi chimic diferiți. Celulă de electroliză: substanțele se obțin prin aplicarea unei tensiuni.

Structura e e Puntea de sare Zn ZnSO 4 soluție Cu CuSO 4 soluție Figura: Structura schematică a unei celule galvanice. Electronii curg de la anod la catod. Cuprul este redus, iar zincul este oxidat.

Funcția celulei galvanice O reacție redox are loc spontan. Energia eliberată poate fi convertită direct în electricitate. Într-o celulă galvanică, acest lucru se întâmplă prin separarea spațială a partenerilor de reacție. Pentru celula din Figura 1, procesul redox este: Reacțiile semicelulare sunt pentru anod și Zn (s) + Cu 2+ Zn 2+ + Cu (s) (1) Zn (s) Zn 2+ + 2e (2) Cu 2+ + 2e Cu (s) (3) pentru catod.

Diagrama celulei Întreaga celulă electrochimică poate fi descrisă cu o diagramă celulară Zn (s) Zn 2+ (aq) .cu 2+ (aq) Cu (s) (4) unde o limită de fază descrie și. podul de sare. Important: Procesul spontan citește de la stânga la dreapta.

Forța electromotivă Forța electromotivă (EMF) face ca electronii să se deplaseze de la un electrod la altul. CEM al unei celule galvanice este o tensiune și se mai numește tensiunea celulei E celulă. CEM poate fi calculat folosind diferența dintre potențialele de jumătate de celulă: E = E catod E anod (5) Potențialele de semi-celulă pot fi calculate pentru fiecare jumătate de celulă utilizând ecuația Nernst: E = E 0 + RT z F ln (a (me 2+) ) (6) unde a (me 2+) este activitatea ionilor metalici din soluție.

Potențialele semicelulare standard Potențialele semicelulare nu pot fi măsurate individual. Prin urmare, electrodului de hidrogen standard i s-a atribuit potențialul de reducere de 0 V. 2H + (aq) + 2e H 2 (g) ERed 0 = 0,0 V (7) Potențialele de reducere standard ale perechilor redox obișnuite pot fi găsite în seria electrochimică.

Reacție spontană? Diferența de potențial a celulei E este direct legată de modificarea entalpiei libere G. G = celulă zfe (8) unde z este numărul de electroni în mol care sunt transferați și F este constanta Faraday. Notă: Într-o reacție spontană, G este întotdeauna negativ, iar celula E este întotdeauna pozitivă.

Structura + - e e catod anodic Cu CuSO 4 Cu 2+ Cu 2+ e Figura: Structura schematică a unei celule de electroliză. Catodul este acoperit încet cu cupru din soluție. Anodul de cupru se va desprinde încet.

Cum funcționează Doi electrozi se află într-o soluție de electroliți. Electrozii sunt conectați la o sursă de curent continuu: Catodul la polul negativ Anodul la polul pozitiv Dacă anodul nu este dintr-un material inert, materialul va intra în soluție, în timp ce materialul poate fi depus pe catod.

Aplicații ale electrolizei Producția de metale alcaline și majoritatea metalelor alcalino-pământoase se realizează prin electroliză cu sare condensată. Producerea de halogeni prin electroliză în mediu apos. În chimia analitică în polarografie. Producerea de acoperiri metalice.

Cupru pentru Garfield Pentru ca figura de ceară Garfield să poată fi acoperită cu cupru, trebuie să poată conduce curent electric și să fie conectată ca un catod asociat cu un anod de cupru. Pentru a face conductorul de ceară să fie condus, este acoperit cu un lac de argint. O soluție de sulfat de cupru servește drept electrolit. Reacția are loc acum la anod și Cu (s) Cu 2+ + 2e (9) Cu 2+ + 2e Cu (s) (10)

Prima lege A doua lege m I t (11) m 1: m 2 = M 1 z 1: M 2 z 2 (12)

Rezultă: m = M I t z F (13)

Pierderea în greutate/[g] 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Figura: Pierderea în greutate a anodului de cupru în funcție de timp. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 timp/s

Constanta noastră Faraday calculată de noi F = 962421 (57) C mol -1 (14) F literă valoare = 96485 C mol -1 (15)

Relația noastră între constanta Faraday și numărul Avogadro (16) F e = N A N A valoare literară = 6,022 10-23 mol -1 (17) Rezultatul nostru N A valoare literară = 6,0181 (36) 10-23 mol -1 (18)