16: Електрохімія
- Page ID
- 19166
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Електрохімія - це вивчення електрики та того, як вона пов'язана з хімічними реакціями. В електрохімії електроенергія може генеруватися рухами електронів від одного елемента до іншого в реакції, відомій як окислювально-відновна реакція або окислювально-відновна реакція.
- 16.1: Хімія та електроенергія
- Зв'язок між хімією та електрикою є дуже старим, повертаючись до відкриття АЛЕССАНДРО ВОЛЬТИ, у 1793 році, що електроенергію можна виробляти, розмістивши два різнорідних метали на протилежних сторонам змоченого паперу.
- 16.2: Гальванічні елементи та електроди
- Ми можемо виміряти різницю між потенціалами двох електродів, які занурюються в один і той же розчин, або більш корисно, знаходяться в двох різних рішеннях. В останньому випадку кожна пара електрод-розчин являє собою половину осередку окислювально-відновного, і ми вимірюємо суму двох потенціалів півкомірки. Таке розташування називається гальванічним елементом. Типова комірка може складатися з двох шматків металу, кожен з яких занурений у розчин, що містить розчинену сіль відповідного металу.
- 16.3: Потенціали клітин та термодинаміка
- Давно відомо, що деякі метали більш «активні», ніж інші в тому сенсі, що більш активний метал може «витіснити» менш активний з розчину своєї солі. Наприклад, цинк більш активний, оскільки може витісняти (осаджувати) мідь з розчину. Подібні порівняння інших металів дозволили розташувати їх в порядку їх збільшення електронно-донорської (відновлювальної) потужності. Ця послідовність стала відома як електродвигун або серія активності металів.
- 16.4: Рівняння Нернста
- Стандартні потенціали клітин, про які ми говорили в попередньому розділі, відносяться до клітин, в яких всі розчинені речовини знаходяться в одиничній активності, що, по суті, означає «ефективну концентрацію» 1 М. Аналогічно, будь-які гази, які беруть участь в реакції електрода, знаходяться при ефективному тиску (відомому як fugacity) 1 атм. Якщо ці концентрації або тиск мають інші значення, потенціал клітини зміниться таким чином, який можна передбачити з принципів, які ви вже знаєте.
- 16.5: Застосування рівняння Нернста
- Зазвичай ми думаємо, що окислювальний потенціал контролюється концентраціями окислених та відновлених форм окислювально-відновної пари, як це дано рівнянням Нернста. За певних обставин стає більш корисним думати про Е як про незалежну змінну, яка може бути використана для управління значенням Q в рівнянні Нернста. Зазвичай це відбувається, коли присутні дві окислювально-відновні системи, одна з яких є набагато більш концентрованою або кінетично активною, ніж інша.
- 16.6: Акумулятори та паливні елементи
- Одним з найстаріших і найважливіших застосувань електрохімії є зберігання та перетворення енергії. Ви вже знаєте, що гальванічний елемент перетворює хімічну енергію на роботу; аналогічним чином електролітичний елемент перетворює електротехнічні роботи в хімічну вільну енергію. Пристрої, які здійснюють ці перетворення, називаються акумуляторами. У звичайних акумуляторах хімічні компоненти містяться всередині самого пристрою. Якщо реагенти подаються від зовнішнього джерела, то пристрій є паливним елементом.
- 16.7: Хронологія розробки акумуляторів
- Хоча розробка практичних акумуляторів значною мірою паралелювала розширення електричних технологій приблизно з середини 19 століття, зараз вважається, що дуже примітивний вид акумулятора, мабуть, використовувався більше 2000 років тому. Коротка популярність автомобілів з електричним приводом у 1920-х роках заохочувала розвиток акумуляторних батарей. Широке застосування портативних «персональних» електричних пристроїв дозволило зберегти пошуки кращих акумуляторів дуже живим.
- 16.8: Електрохімічна корозія
- Корозія може бути визначена як знос матеріалів хімічними процесами. З них найважливішою на сьогоднішній день є електрохімічна корозія металів, при якій процесу окислення М → М+ + е— сприяє наявність відповідного акцептора електронів, іноді згадуваного в науці про корозії деполяризатором. У певному сенсі корозія може розглядатися як мимовільне повернення металів в свої руди.
- 16.9: Галерея корозії
- Галерея корозії в різних ситуаціях.
- 16.10: Електролітичні елементи та електроліз
- Електролізом називають розкладання речовини електричним струмом. Електроліз гідроксидів натрію та калію, вперше проведений у 1808 році сером Хамфрі Дейві, призвів до відкриття цих двох металевих елементів і показав, що ці два гідроксиди, які раніше вважалися нерозкладними і, отже, елементами, насправді є сполуками.