17: Електрохімія
- Page ID
- 22029
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
- 17.1: Окислювально-відновні реакції
- У великому і важливому класі реакцій ми вважаємо корисним зосередитися на передачі одного або декількох електронів від одного хімічного фрагмента до іншого. Реакції, в яких електрони передаються від одного хімічного фрагмента до іншого, коротше називаються реакціями окислення - відновлення або окислювально-відновними реакціями.
- 17.3: Визначення станів окислення
- Визначення станів окислення передує нашій здатності оцінювати густини електронів за допомогою квантових механічних розрахунків. Однак, як виявляється, ідеї, що призвели до формалізму стану окислення, спрямовано правильні; атоми, які мають високі позитивні ступені окислення відповідно до формалізму, також мають відносно високі позитивні заряди квантово-механічним розрахунком.
- 17.5: Електричний потенціал
- Електричний потенціал вимірюється в вольтах. Якщо система, що містить один кулон заряду, проходить через різницю потенціалів в один вольт, на системі виконується один джоуль роботи. Чи означає це збільшення або зменшення енергії системи, залежить від знака заряду і від знака різниці потенціалів. Електричний потенціал і гравітаційний потенціал є аналогічними.
- 17.6: Електрохімічні клітини як елементи ланцюга
- Якщо має відбутися реакція між іонами срібла та металом міді, електрони повинні пройти через зовнішній ланцюг від мідного клеми до срібного терміналу. Електрон, який може вільно рухатися при наявності електричного потенціалу, повинен віддалятися від області більш негативного електричного потенціалу і до області більш позитивного електричного потенціалу.
- 17.7: Напрямок потоку електронів та його наслідки
- Різниця між електролітичними і гальванічними елементами полягає в напрямку потоку струму і, відповідно, напрямку, в якому відбувається реакція комірки. У гальванічному елементі відбувається спонтанна хімічна реакція і ця реакція визначає напрямок течії струму і ознаки електродних потенціалів. В електролітичній комірці ознака потенціалів електрода визначається прикладеного джерелом потенціалу, який визначає напрямок течії струму.
- 17.8: Електроліз і Фарадей
- Електролітичні елементи дуже важливі у виробництві продуктів, необхідних для нашої технологічної цивілізації. Тільки електролітичні процеси можуть виробляти багато матеріалів, зокрема металів, які є сильними відновниками. Яскравими прикладами є алюміній та лужні метали. Багато виробничих процесів, які самі по собі не є електролітичними, використовують матеріали, які виробляються в електролітичних комірках. Ці процеси були б неможливі, якби електролітичні продукти були відсутні.
- 17.9: Електрохімія та провідність
- З міркувань, які ми обговорювали, очевидно, що будь-яка електролітична комірка включає потік електронів у зовнішньому ланцюзі та потік іонів всередині матеріалів, що містять комірку. Функція колекторів струму полягає в передачі електронів взад-вперед між зовнішнім контуром і реагентами клітини.
- 17.10: Стандартний водневий електрод (S.H.E)
- Нам також потрібно вибрати довільну опорну напівклітинку. Вибір, який був прийнятий стандартний водневий електрод, часто скорочено S.H.E. визначається як шматок платинового металу, занурений у водний розчин протонної кислоти одиниці активності, і над поверхнею якого водневий газ, в одиниці неміцності, пропускається безперервно. Ці варіанти концентрації роблять електрод стандартним електродом.
- 17.12: Стандартні електродні потенціали
- Ми приймаємо дуже корисну конвенцію для табуляції потенційних падінь через стандартні електрохімічні комірки, в яких одна половина комірки є S.H.E. Оскільки потенціал Щ.Е. дорівнює нулю, ми визначаємо стандартний електродний потенціал будь-якої іншої стандартної половинної клітини (і пов'язаної з нею напівреакції), щоб бути різниця потенціалів, коли напівкомірка працює спонтанно проти S.H.E. Електричний потенціал стандартної напівкомірки визначає як величину, так і знак стандартної половини ce
- 17.13: Прогнозування напрямку спонтанних змін
- Корисно пов'язати стандартний електродний потенціал з напівреакцією, записаною як редукція, тобто з електронами, записаними в лівій частині рівняння. Встановлено також умовність про те, що зміна напрямку напівреакції змінює алгебраїчний знак її потенціалу. Коли ці конвенції дотримуються, загальну реакцію та потенціал повної клітини можна отримати, додавши відповідну інформацію про напівклітинку.
Мініатюра: Схема гальванічного елемента Zn-Cu. (CC BY-SA 3.0; Огіостандарт).