AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej

Prezentacja na temat: "AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej"— Zapis prezentacji:

1 AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej
Chemia Ogólna Wykład 6

2 AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej
ELEKTROCHEMIA Każda reakcja redoks jest związana z przeniesieniem elektronu– elektrony przechodzą od formy zredukowanej do formy utlenionej.

3 AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej
Jeśli procesy utleniania i redukcji zachodzą w tym samym czasie i miejscu – mamy do czynienia z procesem chemicznym. Jeśli procesy utleniania i redukcji są rozdzielone w czasie i przestrzeni, a wymiana ładunku następuje poprzez przewodnik elektronów(np. drut metalowy)– wówczas mówimy o procesie elektrochemicznym.

4 Utlenianie żelaza (2+) jako:
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Utlenianie żelaza (2+) jako: a) proces chemiczny, b) proces elektrochemiczny.

5 AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej
Elektrody Elektroda – powierzchnia metalu (lub innego przewodnika), na której zachodzi reakcja wymiany ładunku (utleniania, bądź redukcji). elektroda utlenianie redukcja anoda katoda

6 Elektrody I rodzaju Elektrody gazowe
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Elektrody I rodzaju Pierwiastek w równowadze ze swoimi jonami. Elektrody te dzielimy na gazowe i metaliczne. Elektrody gazowe Me│X│Xn- –przewodnik metaliczny (najczęściej platyna), obmywany gazową postacią pierwiastka, zanurzony w roztworze jonów danego pierwiastka. X + ne  Xn- lub X  Xn+ + ne

7 Normalna Elektroda Wodorowa(NEW)
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Normalna Elektroda Wodorowa(NEW) Przewodnik elektronów (platyna pokryta czernią platynową) zanurzony w kwasie solnym (HCl) o aktywności a=1, nasycany gazowym wodorem (H2) pod ciśnieniem 1 atm. (p=1atm.= Pa). E0 = 0,000V

8 Nasycona Elektroda Kalomelowa (NEK)
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Nasycona Elektroda Kalomelowa (NEK) Przewodnik elektronów (Pt) połączony z metaliczną rtęcią (Hg) pokrytą kalomelem – chlorkiem rtęci (I) (Hg2Cl2) w nasyconym roztworze (KCl). E0 = 0,241V

9 AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej
Elektrody metaliczne Me│Men+ – metali zanurzony w roztworze jonów własnych Me  Men+ + ne

10 AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej
Elektrody II rodzaju Metal pokryty swoją trudno rozpuszczalną solą w równowadze z roztworem soli innego metalu o takim samym anionie. Me1│Me­1A(s)│Me2A

11 Szybkość reakcji elektrochemicznej
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Szybkość reakcji elektrochemicznej O, R – współczynniki stechiometryczne. W stanie równowagi: Wiedząc, że: oraz:

12 Szybkość reakcji można zdefiniować jako:
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Szybkość reakcji można zdefiniować jako: Zgodnie z prawem Farday’a: m - masa substancji, k – równoważnik elektrochemiczny, I - prąd, t - czas, M - masa molowa, n – liczba wymienionych elektronów, F – stała Faraday’a( C/mol).

13 Łącząc poprzednie wzory otrzymujemy:
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Łącząc poprzednie wzory otrzymujemy: Prąd anodowy jest równy prądowi katodowemu i osiąga wartość I0 zwaną prądem wymiany.

14 Można zdefiniować prąd anodowy i katodowy jako:
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Wiedząć, że szybkość reakcji jest proporcjonalna do stężenia, to zaś jest powiązane z aktywnością wzorem: Można zdefiniować prąd anodowy i katodowy jako: k0 – stała szybkości reakcji, aO,aR – aktywności formy utlenionej i zredukowanej,  - współczynnik symetrii bariery energetycznej, E0 - potencjał normalny.

15 AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej
Porównując do siebie prawe strony poprzednich równań otrzymany równanie Nernst’a : Potencjał normalny – potencjał elektrody mierzony względem NEW (normalnej elektrody wodorowej), której potencjał wynosi 0.

16 Pomiar potencjału elektrodowego
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Pomiar potencjału elektrodowego Elektroda odniesienia – elektroda wykazująca potencjał niezmienny w czasie. Najważniejsze elektrody odniesienia: normalna elektroda wodorowa (NEW), nasycona elektroda kalomelowa (NEK), nasycona elektroda chlorosrebrna (Ag/AgCl/Cl–).

17 AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej
Szereg napięciowy Szereg napięciowy – metale ułożone wg wzrastającego potencjału normalnego. Potencjał normalny elektrody metalowej – potencjał metalu zanurzonego w elektrolicie zawierającym jony tego metalu zmierzony względem NEW.

18 Potencjały normalne niektórych metali w 25oC
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Potencjały normalne niektórych metali w 25oC

19 AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej
Ogniwo Ogniwo – dwie elektrody zanurzone w elektrolitach, połączone przewodnikiem elektronów i mostkiem elektrolitycznym. Mostek (klucz) elektrolityczny jest to najczęściej U–rurka wypełniona neutralnym elektrolitem, pozwalającym na wymianę ładunku bez mieszania elektrolitów.

20 Ogniwa ogniwa galwaniczne elektrolityczne
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Ogniwa ogniwa galwaniczne elektrolityczne spontaniczna reakcja redoks w ogniwie powo- duje przepływ prądu w obwodzie zewnętrznym reakcja redoks w ogniwie jest wymuszana przez przepływ prądu z zewnę- trznego źródła zasilania.

21 Ogniwo PtH2H2OO2 Pt pracujące jako:
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Ogniwo PtH2H2OO2 Pt pracujące jako: a) ogniwo galwaniczne, b) ogniwo elektrolityczne.

22 Stos Volty – pierwsza bateria (1880)
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Ogniwa galwaniczne elektrolit cynk miedź A: Zn  Zn2+ +2e K: Cu2H++2e H2 Stos Volty – pierwsza bateria (1880) ZnH2SO4Cu

23 Ogniwo Daniell’a ZnZnSO4 CuSO4Cu
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej A: Zn  Zn2+ +2e K: Cu2++2e  Cu Ogniwo Daniell’a ZnZnSO4 CuSO4Cu

24 Akumulator ołowiowy Pb|PbO2| H2SO4, H2O|PbSO4|Pb
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Ładowanie: A: Pb2++2H2O PbO2+4H++ 2e K: Pb2++2e  Pb Rozładowanie: A: Pb  Pb2++2e K: PbO2+4H++ 2e  Pb2++2H2O Akumulator ołowiowy Pb|PbO2| H2SO4, H2O|PbSO4|Pb

25 Akumulatory niklowo–kadmowe Cd|Cd(OH)2|KOH, H2O|NiOOH|Ni
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej Ładowanie: A:2Ni(OH)2+2OH- 2NiOOH+2H2O+2e K: Cd(OH)2+2e  Cd+2OH- Rozładowanie: A: Cd+2OH-  Cd(OH)2+2e K: 2NiOOH+2H2O+2e  2Ni(OH)2+2OH- Akumulatory niklowo–kadmowe Cd|Cd(OH)2|KOH, H2O|NiOOH|Ni

26 Bateria cynkowo–węglowa – ogniwo Leclanche’go
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej metalowa zatyczka pręt węglowy osłona cynkowa MnO2 pasta NH4Cl metalowe dno A: Zn  Zn2+ +2e K: 2NH4++2e  2NH3+H2 H2+2MnO2 Mn2O3+H2O 4NH3+Zn2+ [Zn(NH3)4]2+ Bateria cynkowo–węglowa – ogniwo Leclanche’go Zn|Zn+2|NH4Cl|MnO2|C

27 AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej
Elektroliza Elektroliza – proces podczas którego prąd elektryczny z zewnętrznego źródła zasilania powoduje zachodzenie na elektrodach reakcji utleniania i redukcji.

28 Elektroliza wody w aparacie Hoffman’a
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej A: 2O2-  O2 +4e K: 4H++4e  2H2 Elektroliza wody w aparacie Hoffman’a

29 Elektroliza wodnego roztworu NaCl.
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej A: 2Cl-  Cl2 +2e K: 2H++2e  H2 Elektroliza wodnego roztworu NaCl.

30 Elektroliza stopionego NaCl.
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej A: 2Cl-  Cl2 +2e K: 2Na++2e  2Na Elektroliza stopionego NaCl.

31 Elektrolityczne otrzymywanie aluminium
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej A: 6O2-  3O2 +12e C+O2  CO2 K: 4Al3++12e  4Al Elektrolityczne otrzymywanie aluminium

32 Elektropolerowanie srebra
AGH-WIMiR, wykład z chemii ogólnej A: Ag  Ag++e K: Ag++e  Ag Elektropolerowanie srebra