Elektrochemia. Elektroliza
Ogniwa chemiczne
Ogniwo chemiczne, to układ, w którym energia wewnętrzna substratów reakcji redoks (utleniania- redukcji) zmienia się w inny rodzaj energii. Ogniwo składa się, z co najmniej z trzech substancji stykających się w odpowiedniej kolejności: przewodnik metaliczny- przewodnik jonowy- przewodnik metaliczny. Przyczyna przepływu elektronów z anody do katody jest różnica potencjałów wewnętrznych faz metalicznych półogniw.![Ogniwa chemiczne](./komorki/chemia/teoria/g/7_1_1_1.png)
Przewodnik metaliczny
Przewodnik metaliczny, jest to materiał, który przewodzi prąd elektryczny za pośrednictwem elektronów.Przewodnik jonowy
Przewodnik jonowy, jest to materiał, który przewodzi prąd elektryczny za pośrednictwem jonów (kationy i aniony są nośnikiem ładunku elektrycznego)Ogniwa chemiczne dzielimy na nieregenerowalne oraz regenerowalne.
- Ogniwa nieregenerowalne, to ogniwa, które po wyczerpaniu się substratów reakcji utleniania- redukcji nie nadają się do ponownego ładowania (np. polarne baterie elektryczne)
- Ogniwa regenerowalne (akumulatory), to ogniwa, które po wyczerpaniu się substratów reakcji utleniania- redukcji można ponownie naładować, przeprowadzając elektrolizę, która jest procesem odwrotnym, wywołanym przez prąd elektryczny z zewnętrznego źródła prądu stałego, podłączonego odwrotnie biegunami elektrycznymi.
Elektroliza
Elektroliza, jest to reakcja przebiegająca na granicy faz przewodnik metaliczny, a przewodnik jonowy. Reakcja ta zachodzi podczas przepływu prądu elektrycznego przez układ trzech przewodników.![elektroliza](./komorki/chemia/teoria/g/7_1_2_1.png)
Podczas elektrolizy następuje ruch jonów w roztworze, kationy poruszają się w kierunku katody, a aniony do anody.
Katoda
Katda, to elektroda elektrolizera połączona z ujemnym biegunem źródła prądu stałego. Katoda podczas elektrolizy przyciąga do siebie jony dodatnie (kationy)Anoda
Anoda, to elektroda połączona z dodatnim biegunem źródła prądu elektrycznego. Anoda podczas elektrolizy przyciąga do siebie jony ujemne (aniony).W czasie elektrolizy na katodach zachodzą procesy połówkowe reakcji redoks. Na katodzie ma miejsce redukcja:
![elektroliza procesy połówkowe](./komorki/chemia/teoria/g/7_1_2_2.png)
a na anodzie zachodzi utlenianie
![elektroliza procesy połówkowe](./komorki/chemia/teoria/g/7_1_2_3.png)
Półogniwa
Półogniwa, z których składają się ogniwa chemiczne, dzielą się na:a) półogniwa pierwszego rodzaju, w których to rozróżnia się:
- półogniwa odwracalne względem kationu (metal zanurzony w roztworze swoich jonów)
- półogniwa odwracalne względem anionu (platyna lub niemetal zanurzony w roztworze swoich jonów)
b) półogniwa drugiego rodzaju, są to elektrody wykonane z metalu, który jest pokryty trudnorozpuszczlną solą tego metalu lub jego trudnorozpuszczlnym wodorotlenkiem, elektroda jest zanurzona w roztworze zawierającym aniony tej soli lub tego wodorotlenku;
c) półogniwa redoks, są to elektrody wykonane z metalu szlachetnego, elektrody są zanurzone w roztworze zawierającym dwa rodzaje jonów tego samego pierwiastka, ale o róznych stopniach utleniania.
Siła elektromotoryczna ogniwa (SEM)
Siła elektromotoryczna ogniwa (SEM) jest równa różnicy potencjałów wewnętrznych między przewodnikami wykonanymi z tego samego metalu, dołączonymi do anody i katody, gdy przez ogniwo ni przepływa prąd elektryczny.SEM ogniwa zbudowanego z półogniw standardowych oblicza się z różnicy potencjałów standardowych katody (Ek) i anody(Ea).
![SEM ogniwa](./komorki/chemia/teoria/g/7_1_4_1.png)
Zależność stosuje się dla ogniw, w których stężenie roztwory wynosi 1 mol/ dm3
Wzór Nernsta
Wzór Nernsta opisuje zależność elektrochemiczną wyrażającą równowagowy potencjału elektrody (E) względem jej potencjału standardowego (Eo) i stężenia substancji biorących udział w procesie elektrodowym![wzór Nernsta](./komorki/chemia/teoria/g/7_1_5_1.png)
Prawa elektrolizy (prawa Faradaya)
I prawo
: masa substancji wydzielona na jednej z elektrod jest proporcjonalna do natężenia prądu przepływającego przez elektrolizer i czasu jego przepływu.![I prawa elektrolizy Faradaya](./komorki/chemia/teoria/g/7_1_6_1.png)
II prawo
: Stosunek mas (m1) oraz (m2) substancji wydzielonych na elektrodach podczas przepływu jednakowych ładunków elektrycznych jest równy stosunkowi ich równoważników elektrochemicznych (k1) oraz (k2) i stosunkowi ich mas równoważnikowych (R1) oraz (R2) czyli:![II prawa elektrolizy Faradaya](./komorki/chemia/teoria/g/7_1_6_2.png)
Ogniwo Daniela
Ogniwo Daniela, to ogniwo galwaniczne, w którym pierwsze półogniwo stanowi elektroda cynkowa zanurzona w roztworze siarczanu cynku ZnSO4, a drugie elektroda miedziana zanurzona w roztworze siarczanu miedzi CuSO4.![ogniwo Daniela](./komorki/chemia/teoria/g/7_1_7_1.png)
Ogniwo Volty
Ogniwo Volty, to ogniwo galwaniczne składające się płytek: cynkowej i miedzianej, które są zanurzone w roztworze wodnym kwasu siarkowego (VI).![ogniwo Volty](./komorki/chemia/teoria/g/7_1_8_1.png)