OGNIWA. Me (1) Me m+ (c 1. elektrolit anodowy. elektrolit katodowy. anoda. katoda. Luigi Galvani ( ) Alessandro Volta ( )

Transkrypt

1 OGNIWA Alessandr Vlta ( ) Ogniw galwaniczne: układ złżny z dwóch półgniw (elektrd), graniczących ze sbą bezpśredni lub ddzielnych przegrdą prwatą umżliwiającą ruch jnów i spełniający warunek, że p płączeniu elektrd zewnętrznym przewdnikiem metalicznym płynie w nim prąd. Luigi Galvani ( ) anda elektrlit andwy elektrlit katdwy katda (1) m+ (c 1 ) n+ (c (2) 2 )

2 OGNIWO DANIELLA ( ) SO 4 SO 4 (+) Jhn F. Daniell ( ) V ( ) (+) Pdczas pracy gniwa zachdzą samrzutnie: e (utlenianie) anda e 0 (redukcja) katda (reakcja sumaryczna) Anda - elektrda, na której zachdzi prces utleniania (półgniw niższym ptencjale). Katda - elektrda, na której zachdzi prces redukcji (półgniw wyższym ptencjale). Nadmiar elektrnów pjawiający się na andzie przepływa przez bwód zewnętrzny d elektrdy z niedmiarem elektrnów, tj. katdy. Siła elektrmtryczna gniwa - różnica ptencjałów elektrdwych (SEM) dwóch półgniw gniwa twarteg. SEM = E K -E A Przyjmując, że w standardwym gniwie Daniella bie płytki metalu zanurzne są w 1 M rztwrach swich sli, c znacza iż: E z+ = E z+ + lg c z+ = E z+ E raz E / / 0,059 z 2 + = E 2+ = 0,34 V / / 2+ = E 2+ = 0,76 V / / SEM = 0,34 ( 0,76) = 1,1 V /

3 OGNIWO VOLTY Okł 1800 r. A. Vlta sknstruwał tzw. sts Vlty składający się prawdpdbnie z krągłych blaszek cynkwych i srebrnych złącznych parami. Pary takich blaszek przedzielne były prwatymi przekładkami nasycnymi wdą mrską (NaCl?). ( ) H 2 SO 4 (+) A ( ) e K (+) 2H + + 2e H 2 INNE OGNIWA ( ) Cl 2 AgCl, Ag (+) ( ) SO 4 (0,001 M) KCl (nas.) Hg 2 Cl 2, Hg (+) Ogniwa stężeniwe (energia elektryczna pwstaje wskutek różnicy stężeń reagujących substancji przy bu elektrdach): ( ) SO 4 (rzc.) SO 4 (stęż.) (+) OGNIWA Z ELEKTRODAMI REDOKS ( ) Pt Fe 2+, Fe 3+ MnO 4, H +, Mn 2+ Pt (+) w półgniwie niższym ptencjale będzie przebiegał UTLENIANIE Fe 2+ Fe 3+ + e w półgniwie wyższym ptencjale będzie przebiegała REDUKCJA MnO H e Mn H 2 O reakcja sumaryczna: MnO Fe H + Mn Fe H 2 O WARTOŚCI POTENCJAŁÓW REDOKS UMOŻLIWIAJĄ PRZEWIDYWANIE KIERUNKU PRZEBIEGU REAKCJI: U 1 U 2 E 1 E 2 R 1 R 2 E R 1 U 1 U 2 R 2 U 2 + R 1 R 2 + U 1

4 Również mżna bliczyć stałą równwagi reakcji utleniania i redukcji znając ptencjały nrmalne dpwiednich układów redks raz liczbę elektrnów birących udział w reakcjach płówkwych: ΔG = ΔG + R T lnk ΔG = z F E ΔG = 0 (w stanie równwagi) więc dla reakcji: R 1 U 1 + z 1 e U 2 + z 2 e R 2 z 2 R 1 + z 1 U 2 z 2 U 1 + z 1 R 2 ln K = z z F R T 1 2 ΔE natmiast gdy, z 1 = z 2 = z t: z F ln K = ΔE R T W jakim śrdwisku reakcja: AsO 2 + I 2 + = AsO 4 + I + będzie przebiegała z lewa na praw, a w jakim z prawa na lew? AsO OH = AsO H 2 O + 2 e I e = 2 I AsO H 2 O = AsO H e AsO 2 + I OH = AsO I + 2 H 2 O AsO 2 + I H 2 O = AsO I + 4 H + Elektrda AsO 4 /AsO 2,OH I 2 /2I AsO 4, H + /AsO 2 Reakcja elektrdwa AsO 4 + 2H 2 O + 2e = AsO 2 + 4OH I 2 + 2e = 2I H 3 AsO 4 + 2H + + 2e = HAsO 2 + 2H 2 O E [V] 0,71 0,53 0,56 A stałe równwagi? ln K I = z F ΔE R T = , ( 0,53 + 0,71) 97 K I ln K II = 8, ( 0,56 0,53) 2,3 K II 10

5 AKUMULATOR OŁOWIOWY (1859 r.) Anda ( ): płyta łwiwa (Pb) Katda (+) : płyta łwiwa pkryta PbO 2 (Pb PbO 2 ) Gastn Plante ( ) ( ) Pb, PbSO 4 ~ 37 % H 2 SO 4 PbO 2, Pb (+) rzładwanie: ładwanie: A ( ) Pb Pb e K (+) PbO H e Pb H 2 O K ( ) Pb e Pb A (+) Pb H 2 O PbO H e ładwanie Pb + PbO H 2 SO 4 = PbSO 4 + PbSO H 2 O rzładwanie (akumulatr łwiwy jest gniwem dwracalnym) Thmas A. Edisn ( ) ( ) Cd, Cd(OH) 2 AKUMULATOR ZASADOWY /Akumulatr zasadwy T. Edisna z k r. t akumulatr Fe-Ni, jeg dmianą jest m. in. akumulatr Cd-Ni./ Anda ( ): płyta kadmwa (Cd) Katda (+) : płyta niklwa pkryta Ni 2 O 3 H 2 O (Ni Ni 2 O 3 ) ~21 % KOH, H 2 O Ni 2 O 3 H 2 O, Ni (+) rzładwanie: A ( ) Cd Cd e Cd OH Cd(OH) 2 K (+) Ni 2 O 3 H 2 O+ 2 H 2 O + 2 e 2 Ni(OH) OH K ( ) Cd(OH) ładwanie: 2 Cd OH Cd e Cd A (+) 2 Ni(OH) OH Ni 2 O 3 H 2 O+ 2 H 2 O + 2 e (akumulatr zasadwy jest gniwem dwracalnym)

6 OGNIWO LECLANCHE (~ 1866 r.) Anda ( ) : kubek cynkwy () Katda (+) : pręt grafitwy (C) ( ), Cl 2 Elektrlit: nasycny rztwór salmiaku (NH 4 Cl) NH 4 Cl, H 2 O MnO 2, C (+) Gerges Leclanche ( ) A ( ) e K (+) 2 NH e 2 NH 3 + H 2 wdór reaguje z deplaryzatrem MnO 2, a amniak jest wiązany przez jny cynku H MnO 2 Mn 2 O 3 + H 2 O 4 NH [(NH 3 ) 4 ] 2+ (gniw Leclanche jest gniwem niedwracalnym)