Галванопластика. Електрохимия Б. Лукас Уоли, Рафаел Адамек, Питър Крак. 24 февруари, ETH Цюрих
Elektrochemie B Lukas Woolley Rafael Adamek Peter Krack ETH Цюрих 24 февруари 2017 г.
Клетка за електролиза + - e e аноден катод e Cu CuSO 4 Cu 2+ Cu 2+ e
Типовете клетки могат да бъдат разделени на два типа клетки: Галванична клетка: Електричеството се генерира от химически различни електроди. Клетка за електролиза: веществата се получават чрез прилагане на напрежение.
Структура e e Солен мост Zn ZnSO 4 разтвор Cu CuSO 4 разтвор Фигура: Схематична структура на галванична клетка. Електроните текат от анода към катода. Медта се редуцира, а цинкът се окислява.
Функция на галваничния елемент Редокс-реакцията протича спонтанно. Освободената енергия може да се преобразува директно в електричество. В галванична клетка това се случва чрез пространственото разделяне на реакционните партньори. За клетката от Фигура 1 редокс процесът е: Полуклетъчните реакции са за анода и Zn (s) + Cu 2+ Zn 2+ + Cu (s) (1) Zn (s) Zn 2+ + 2e (2) Cu 2+ + 2e Cu (s) (3) за катода.
Клетъчна диаграма Цялата електрохимична клетка може да бъде описана с клетъчна диаграма Zn (s) Zn 2+ (aq) .cu 2+ (aq) Cu (s) (4), където фазовата граница описва и. соленият мост. Важно: Спонтанният процес се чете отляво надясно.
Електродвижещата сила Електродвижещата сила (ЕМП) кара електроните да се движат от един електрод към друг. ЕМП на галванична клетка е напрежение и се нарича още клетка с напрежение Е клетка. EMF може да се изчисли, като се използва разликата между полуклетъчните потенциали: E = E катод E анод (5) За всяка полуклетка потенциалите на полуклетките могат да бъдат изчислени с помощта на уравнението на Nernst: E = E 0 + RT z F ln (a (me 2+) ) (6) където a (me 2+) е активността на металните йони в разтвора.
Стандартни полуклетъчни потенциали Половиноклетъчните потенциали не могат да се измерват индивидуално. Следователно, на стандартния водороден електрод беше определен потенциал за намаляване на 0 V. 2H + (aq) + 2e H2 (g) ERed 0 = 0.0 V (7) Стандартните редукционни потенциали на често срещаните редокс двойки могат да бъдат намерени в електрохимичните серии.
Спонтанна реакция? Потенциалната разлика E клетка е пряко свързана с промяната в свободната енталпия G. G = zfe клетка (8), където z е броят на електроните в mol, които се прехвърлят, а F е константата на Фарадей. Забележка: При спонтанна реакция G винаги е отрицателна, а E клетката е винаги положителна.
Структура + - e e аноден катод e Cu CuSO 4 Cu 2+ Cu 2+ e Фигура: Схематична структура на електролизна клетка. Катодът е бавно покрит с мед от разтвора. Медният анод бавно ще се отдели.
Как работи Двата електрода са в електролитен разтвор. Електродите са свързани към източник на постоянен ток: Катодът към отрицателния полюс Анодът към положителния полюс Ако анодът не е направен от инертен материал, материалът ще премине в разтвор, докато материалът може да се отложи върху катода.
Приложения на електролизата Производството на алкални метали и повечето алкалоземни метали се извършва чрез електролиза с разтопена сол. Производство на халогени чрез електролиза във водна среда. В аналитичната химия в полярографията. Производство на метални покрития.
Мед за Гарфийлд За да може восъчната фигура на Гарфийлд да бъде покрита с мед, тя трябва да може да провежда електричество и да бъде свързана като катод, сдвоен с меден анод. За да се направи восъчната гарфилия проводима, тя е покрита със сребърен лак. Разтворът на меден сулфат служи като електролит. Сега реакцията протича при анода и Cu (s) Cu 2+ + 2e (9) Cu 2+ + 2e Cu (s) (10) при катода
Първи закон Втори закон m I t (11) m 1: m 2 = M 1 z 1: M 2 z 2 (12)
Това води до: m = M I t z F (13)
Нашата загуба на тегло/[g] 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Фигура: Загуба на тегло на медния анод като функция от времето. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 време/[s]
Нашата константа на Фарадей, изчислена от нас F = 962421 (57) C mol -1 (14) F литературна стойност = 96485 C mol -1 (15)
Нашата връзка между константата на Фарадей и числото на Авогадро (16) F e = N A N A литературна стойност = 6.022 10-23 mol -1 (17) Нашият резултат N A литературна стойност = 6.0181 (36) 10-23 mol -1 (18)