MGA CELL ELECTROCHEMICAL: MGA SANGKAP, KUNG PAANO SILA GUMAGANA, URI, HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang mga electrochemical cells ay mga aparato kung saan pumasa ang mga reaksyon ng kemikal kung saan ang enerhiya ng kemikal ay na-convert sa elektrikal na enerhiya o kabaligtaran. Ang mga cell na ito ay bumubuo ng puso ng electrochemistry, ang kaluluwa ay potensyal na pagpapalitan ng mga electron na maaaring mangyari, kusang o hindi, sa pagitan ng dalawang species ng kemikal.

Ang isa sa dalawang species ay nag-oxidize, nawawala ang mga electron, habang ang iba pa ay nabawasan, nakakakuha ng inilipat na mga electron. Karaniwan, ang mga species na nabawasan ay isang metal cation sa solusyon, na sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga electron ay nagtatapos up na electrically na na-deposito sa isang elektrod na gawa sa parehong metal. Sa kabilang banda, ang mga species na nag-oxidize ay isang metal, na nagiging mga cation ng metal.

Diagram para sa isang electrochemical cell mula kay Daniel. Pinagmulan: Rehua

Halimbawa, ang imahe sa itaas ay kumakatawan sa cell ni Daniel: ang pinakasimpleng sa lahat ng mga electrochemical cells. Ang metalikong zinc electrode ay nag-oxidize, naglalabas ng Zn ²⁺ cations sa may tubig medium. Nangyayari ito sa lalagyan ng ZnSO ₄ sa kaliwa.

Sa kanan, ang solusyon na naglalaman ng CuSO ₄ ay nabawasan, binabago ang mga k ^{2 ng} Cu ^{2+ sa} metal na tanso na idineposito sa tanso na elektrod. Sa panahon ng pag-unlad ng reaksyon na ito, ang mga elektron ay naglalakbay sa isang panlabas na circuit na nag-activate ng mga mekanismo nito; at samakatuwid, ang pagbibigay ng elektrikal na enerhiya para sa pagpapatakbo ng isang koponan.

Mga bahagi ng electrochemical cells

Mga electrodes

Ang mga de-koryenteng alon ay nabuo o natupok sa mga electrochemical cells. Upang matiyak ang isang sapat na daloy ng mga elektron dapat mayroong mga materyales na mahusay na conductors ng koryente. Dito nakapasok ang mga electrodes at ang panlabas na circuit, na ibinigay ng mga kable ng tanso, pilak o ginto.

Ang mga electrodes ay ang mga materyales na nagbibigay ng ibabaw kung saan magaganap ang mga reaksyon sa mga electrochemical cells. Mayroong dalawang uri depende sa reaksyon na nangyayari sa kanila:

-Anode, elektrod kung saan nangyayari ang oksihenasyon

-Kathode, elektrod kung saan nangyayari ang pagbawas

Ang mga electrodes ay maaaring gawin ng isang reaksyon na materyal, tulad ng sa kaso ng cell ni Daniel (sink at tanso); o, ng isang hindi gumagalaw na materyal, tulad ng nangyayari kapag ang mga ito ay gawa sa platinum o grapayt.

Ang mga electron na inilabas ng anode ay dapat maabot ang katod; ngunit hindi sa pamamagitan ng isang solusyon, ngunit sa pamamagitan ng isang metalikong cable na sumali sa parehong mga electrodes sa isang panlabas na circuit.

Pagwawasak ng electrolyte

Ang solusyon na nakapaligid sa mga electrodes ay gumaganap din ng isang mahalagang papel, dahil ito ay pinayaman ng malakas na electrolyte; tulad ng: KCl, KNO ₃ , NaCl, atbp. Ang mga ion na ito ay pabor, sa isang tiyak na lawak, ang paglipat ng mga electron mula sa anode patungo sa katod, pati na rin ang kanilang pagpapadaloy sa pamamagitan ng paligid ng mga electrodes upang makipag-ugnay sa mga species na mabawasan.

Ang tubig sa dagat, halimbawa, ay nagsasagawa ng kuryente na mas mahusay kaysa sa distilled water, na may mas mababang konsentrasyon ng mga ion. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga electrochemical cells ay may malakas na pagbuwag ng electrolyte sa kanilang mga sangkap.

Tulay ng Saline

Ang mga ion ng solusyon ay nagsisimula sa palibutan ang mga electrodes na nagiging sanhi ng isang polariseysyon ng mga singil. Ang solusyon sa paligid ng katod ay nagsisimula na maging negatibong sisingilin, dahil ang mga cation ay nabawasan; sa kaso ng Daniel cell, ang Cu ²⁺ cations kapag idineposito bilang metal na tanso sa katod. Kaya, nagsisimula na maging isang kakulangan ng mga positibong singil.

Dito nakikialam ang tulay ng asin upang balansehin ang mga singil at pigilan ang mga electrodes mula sa polarizing. Patungo sa gilid o kompartimento ng katod, ang mga cation ng tulay ng asin ay lilipat, alinman sa K ⁺ o Zn ²⁺ , upang matustusan ang Cu ^{2+ na} natupok. Samantala, HINDI ₃ ^- anion ay lilipat mula sa tulay ng asin patungo sa kompartimento ng anode, upang ma-neutralize ang pagtaas ng konsentrasyon ng Zn ²⁺ cations .

Ang tulay ng asin ay binubuo ng isang puspos na solusyon ng mga asing-gamot, na ang mga dulo nito ay sakop ng isang gel na maaaring natagpuan para sa mga ion, ngunit hindi mahahalata para sa tubig.

Mga uri ng mga electrochemical cells at kung paano ito gumagana

Paano gumagana ang isang electrochemical cell depende sa kung anong uri nito. Mayroong karaniwang dalawang uri: galvanic (o voltaic) at electrolytic.

Galvanic

Ang cell ni Daniel ay isang halimbawa ng isang galvanic electrochemical cell. Sa kanila ang mga reaksyon ay nangyayari nang kusang at ang potensyal ng baterya ay positibo; mas malaki ang potensyal, mas maraming koryente ang ibibigay ng cell.

Ang mga cell o baterya ay tiyak na mga selula ng galvanic: ang potensyal na kemikal sa pagitan ng dalawang electrodes ay binago sa elektrikal na enerhiya kapag ang isang panlabas na circuit ay namamagitan sa kanila. Kaya, ang mga electron ay lumilipat mula sa anode, mag-apoy sa mga kagamitan kung saan nakakonekta ang baterya, at ibabalik nang direkta sa katod.

Electrolytic

Ang mga electrolytic cells ay yaong ang mga reaksyon ay hindi nangyayari nang kusang, maliban kung ang mga ito ay ibinibigay ng de-koryenteng enerhiya mula sa isang panlabas na mapagkukunan. Narito ang kabaligtaran na kababalaghan ay nangyayari: pinapayagan ng kuryente ang di-kusang reaksyon ng kemikal na umunlad.

Ang isa sa mga kilalang kilala at pinakamahalagang reaksyon na nagaganap sa loob ng ganitong uri ng cell ay ang electrolysis.

Ang mga baterya na maaaring maibalik ay mga halimbawa ng electrolytic at sa parehong oras na mga galvanic cells: na-recharge sila upang baligtarin ang kanilang mga reaksyon sa kemikal at muling maitaguyod ang mga unang kondisyon para sa muling paggamit.

Mga halimbawa

Ang cell ni Daniel

Ang sumusunod na equation ng kemikal ay tumutugma sa reaksyon sa cell ni Daniel kung saan lumahok ang zinc at tanso:

Zn (s) + Cu ²⁺ (aq) → Zn ²⁺ (aq) + Cu (s)

Ngunit ang mga cations Cu ²⁺ at Zn ²⁺ ay hindi nag-iisa ngunit sinamahan ng mga anion KAYA ₄ ^2- . Ang cell na ito ay maaaring kinakatawan tulad ng mga sumusunod:

Zn - ZnSO ₄ - - CuSO ₄ - Cu

Ang cell ni Daniel ay maaaring itayo sa anumang laboratoryo, na talagang paulit-ulit bilang isang kasanayan sa pagpapakilala ng electrochemistry. Tulad ng idineposito ang Cu ²⁺ bilang Cu, ang asul na kulay ng solusyon ng CuSO ₄ ay unti-unting mawala.

Platinum na hydrogen cell

Isipin ang isang cell na kumokonsumo ng hydrogen gas, gumagawa ng metal na pilak, at kasabay nito ay nagbibigay ng kuryente. Ito ang platinum at hydrogen cell, at ang pangkalahatang reaksyon nito ay ang mga sumusunod:

2AgCl (s) + H ₂ (g) → 2Ag (s) + 2H ⁺ + 2Cl ^-

Dito sa kompartimento ng anode mayroon kaming isang inertong platinum na elektrod, nalubog sa tubig at pumped sa gas na gasolina. Ang H ₂ ay na-oxidized sa H ⁺ at binibigyan nito ang mga electron sa milky na AgCl na nakumpleto sa compart ng cathode na may metal na elektrod na pilak. Sa pilak na ito, ang AgCl ay mababawasan at ang masa ng elektrod ay tataas.

Ang cell na ito ay maaaring kinakatawan bilang:

Pt, H ₂ - H ⁺ - - Cl ^- , AgCl - Ag

Downs cell

At sa wakas, kabilang sa mga electrolytic cells mayroon kaming na fused sodium chloride, na mas kilala bilang Downs cell. Dito, ginagamit ang koryente upang ilipat ang isang dami ng tinunaw na NaCl sa pamamagitan ng mga electrodes, kaya nagiging sanhi ng mga sumusunod na reaksyon:

2Na ⁺ (l) + 2e ^- → 2Na (s) (katod)

2Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2e ^- (anode)

2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl ₂ (g) (pandaigdigang reaksyon)

Sa gayon, salamat sa koryente at sodium klorido, maaaring ihanda ang metal na sodium at chlorine gas.

Mga Sanggunian

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemistry (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral.
2. Wikipedia. (2020). Electrochemical cell. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Enero 29, 2020). Mga Cell Electrochemical. Nabawi mula sa: thoughtco.com
4. R. Ship. (sf). Mga Cell Electrochemical. Nabawi mula sa: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Chemicool. (2017). Kahulugan ng Electrochemical Cell. Nabawi mula sa: chemicool.com
6. Patricia Jankowski. (2020). Ano ang isang Electrochemical Cell? - Istraktura at Gumagamit. Pag-aaral. Nabawi mula sa: study.com
7. Alchemy (Marso 3, 2011). Mga cell electrochemical. Chemistry at Science. Nabawi mula sa: laquimicaylaciencia.blogspot.com