Fe +III. Fe +II. elektroda powierzchnia metalu (lub innego przewodnika), na której zachodzi reakcja wymiany ładunku (utleniania, bądź redukcji)

Podobne dokumenty
Karta pracy III/1a Elektrochemia: ogniwa galwaniczne

ELEKTRODY i OGNIWA. Elektrody I rodzaju - elektrody odwracalne wzgl dem kationu; metal zanurzony w elektrolicie zawieraj cym jony tego metalu.

K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Pt, Au

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

TŻ Wykład 9-10 I 2018

OGNIWA GALWANICZNE I SZREG NAPIĘCIOWY METALI ELEKTROCHEMIA

Materiały do zajęć dokształcających z chemii nieorganicznej i fizycznej. Część V

Schemat ogniwa:... Równanie reakcji:...

wykład 6 elektorochemia

Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali. Zadania

Podstawowe pojęcia 1

Cel ogólny lekcji: Omówienie ogniwa jako źródła prądu oraz zapoznanie z budową ogniwa Daniella.

Elektrochemia. Reakcje redoks (utlenienia-redukcji) Stopień utlenienia

Fragmenty Działu 8 z Tomu 1 PODSTAWY ELEKTROCHEMII

1. za pomocą pomiaru SEM (siła elektromotoryczna róŝnica potencjałów dwóch elektrod) i na podstawie wzoru wyznaczenie stęŝenia,

ELEKTROCHEMIA. Podstawy

Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania

SZEREG NAPIĘCIOWY METALI OGNIWA GALWANICZNE

SZEREG NAPIĘCIOWY METALI OGNIWA GALWANICZNE

Przetwarzanie energii: kondensatory

Przetwarzanie energii: kondensatory

10. OGNIWA GALWANICZNE

(1) Przewodnictwo roztworów elektrolitów

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

10. OGNIWA GALWANICZNE

Wykład z Chemii Ogólnej i Nieorganicznej

Ć W I C Z E N I E 6. Nadnapięcie wydzielania wodoru na metalach

POWTÓRKA Z ELEKTROCHEMII

Elektrochemia. Jak pozyskać energię z reakcji redoksowych?

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

Podstawy elektrochemii

ELEKTROGRAWIMETRIA. Zalety: - nie trzeba strącać, płukać, sączyć i ważyć; - osad czystszy. Wady: mnożnik analityczny F = 1.

Reakcje utleniania i redukcji

Wrocław dn. 22 listopada 2005 roku. Temat lekcji: Elektroliza roztworów wodnych.

NAPIĘCIE ROZKŁADOWE. Ćwiczenie nr 37. I. Cel ćwiczenia. II. Zagadnienia wprowadzające

Reakcje redoks polegają na przenoszeniu (wymianie) elektronów pomiędzy atomami.

Materiały elektrodowe

WYKŁAD 13 Przewodnictwo roztworów elektrolitów. Konduktometria nanotechnologia II rok 1

MA M + + A - K S, s M + + A - MA

Obwody prądu stałego. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12)Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Elektrochemia. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

ELEKTROCHEMIA. Wykład I

Elektrochemia. potencjały elektrodowe. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.2 / 1. Elektrochemia potencjały elektrochemiczne

Al 2 O 3 anodowe utlenianie folii Al. TiO 2 nanotubes deliver drugs HRSEM nanotechweb.org. a. kotarba Zakład Chemii Nieorganicznej

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Elementy Elektrochemii

Ćwiczenie 25. Piotr Skołuda OGNIWA STĘŻENIOWE

Budowę ogniwa galwanicznego opiszemy na przykładzie ogniwa glinowo- -srebrowego, które przedstawiono na Rysunku 1.

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

Reakcje utleniania i redukcji. Zakład Chemii Medycznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego

Reakcje redoks polegają na przenoszeniu (wymianie) elektronów pomiędzy atomami.

ELEKTROCHEMIA ZAKŁAD CHEMII MEDYCZNEJ POMORSKI UNIWERSYTET MEDYCZNY

IV. Reakcje utleniania i redukcji. Metale i niemetale

ELEKTROCHEMIA CIAŁA STAŁEGO

ĆWICZENIE 16 Potencjały równowagowe elektrod siła elektromotoryczna ogniw.

Katedra Inżynierii Materiałowej

BIOTECHNOLOGIA. Materiały do ćwiczeń rachunkowych z chemii fizycznej kinetyka chemiczna, 2014/15

I 2 + H 2 S 2 HI + S Wielkością charakteryzującą właściwości redoksowe jest potencjał redoksowy E dany wzorem Nernsta. red

IV A. Reakcje utleniania i redukcji. Metale i niemetale

MODUŁ. Elektrochemia

Elektrochemia. (opracowanie: Barbara Krajewska)

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Akademickie Centrum Czystej Energii. Ogniwo paliwowe

Ogniwa galwaniczne. Chem. Fiz. TCH II/15 1

PODSTAWY PROCESÓW ELEKTROCHEMICZNYCH

Fizykochemiczne podstawy elektrochemicznych metod analizy

Jak pozyskać energię z reakcji redoksowych? Ogniwa galwaniczne

Elektroliza: polaryzacja elektrod, nadnapięcie Jakościowy oraz ilościowy opis elektrolizy. Prawa Faraday a

Ogniwa galwaniczne. Elektrolizery. Rafinacja. Elektroosadzanie.

Pierwiastki bloku d w zadaniach maturalnych Zadanie 1. ( 3 pkt ) Zadanie 2. (4 pkt) Zadanie 3. (2 pkt) Zadanie 4. (2 pkt) Zadanie 5.

Chemia I Semestr I (1 )

λ = Ćwiczenie 5K Wyznaczanie liczb przenoszenia oraz ruchliwości jonów w polu elektrycznym.

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

Ćwiczenie III: WYZNACZENIE ENTALPII SWOBODNEJ, ENTALPII I ENTROPII REAKCJI W OGNIWIE CLARKA

VII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2014/2015

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

Pytania przykładowe na kolokwium zaliczeniowe z Podstaw Elektrochemii i Korozji

Nazwy pierwiastków: ...

Ćwiczenie 2. Charakteryzacja niskotemperaturowego czujnika tlenu. (na prawach rękopisu)

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

To jest. Ocena bardzo dobra [ ] energetycznych. s p d f. Ocena dobra [ ] izotopowym. atomowych Z. ,, d oraz f.

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

1. Kryształy jonowe omówić oddziaływania w kryształach jonowych oraz typy struktur jonowych.

ĆWICZENIE 10. Szereg napięciowy metali

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z CHEMII na poszczególne oceny dla uczniów klasy III a. chemia rozszerzona. mgr Adam Makówka

10 k. OGNIWA GALWANICZNE

KRYTERIA OCENIANIA ODPOWIEDZI Próbna Matura z OPERONEM. Chemia Poziom rozszerzony

Badania elektrochemiczne. Analiza krzywych potencjodynamicznych.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki prądowo- napięciowej elektrolizera typu PEM,

Ogniwa galwaniczne. Chem. Fiz. TCH II/15 1

Zadanie 2. Przeprowadzono następujące doświadczenie: Wyjaśnij przebieg tego doświadczenia. Zadanie: 3. Zadanie: 4

Sem nr. 10. Elektrochemia układów równowagowych. Zastosowanie

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

Wyciskamy z cytryny... prąd elektryczny. Wpisany przez Administrator środa, 04 lipca :26 -

Elektrochemia. 2 Mg (s) + O 2 (g) 2MgO (s)

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 2 Temat: Wyznaczenie współczynnika elektrochemicznego i stałej Faradaya.

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

KOROZJA ELEKTROCHEMICZNA i OCHRONA PRZED KOROZJĄ.

Problemy do samodzielnego rozwiązania

Transkrypt:

Elektrochemia przedmiotem badań są m.in. procesy chemiczne towarzyszące przepływowi prądu elektrycznego przez elektrolit, którym są stopy i roztwory związków chemicznych zdolnych do dysocjacji elektrolitycznej główne obszary badawcze elektrochemii: teorie elektrolitów (roztworów jonowych), procesy transportu w roztworach elektrolitów, różnice potencjałów elektrycznych na granicach faz (w tym potencjały elektrodowe), ogniwa elektrochemiczne (galwaniczne i elektrolityczne), mechanizmy i kinetyka procesów elektrodowych korozja (elektrochemiczne niszczenie materiałów) Fe +III Fe +II O R jeśli procesy utleniania i redukcji zachodzą w tym samym czasie i w tym samym miejscu mamy do czynienia z procesem chemicznym Fe +II O utlenianie Fe 2+ jako proces chemiczny 1

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 Fe +III Fe +II ē utlenianie Fe 2+ jako proces elektrochemiczny O R Elektrody elektroda powierzchnia metalu (lub innego przewodnika), na której zachodzi reakcja wymiany ładunku (utleniania, bądź redukcji) przez którą prąd elektryczny wpływa do urządzenia dopływ ładunku dodatniego wypływ ładunku ujemnego w odbiornikach prądu elektrycznego (np. lampach elektronowych) anoda jest elektrodą dodatnią w źródłach prądu (np. ogniwach galwanicznych) elektrodą ujemną utlenianie anoda elektroda redukcja katoda Zn 0-2ē Zn 2+ Cu 2+ + 2ē Cu 0 przez którą z urządzenia wypływa prąd elektryczny wypływ ładunku dodatniego dopływ ładunku ujemnego w odbiornikach prądu elektrycznego (np. lampach elektronowych) katoda jest elektrodą ujemną w źródłach prądu (np. ogniwach galwanicznych) elektrodą dodatnią elektroda wraz z otaczającym ją elektrolitem stanowi półogniwo półogniwa mogą mieć wspólny elektrolit lub mogą być zanurzone w różnych elektrolitach www.boundless.com 2

Elektrody I rodzaju elektroda odwracalna (równowagowa) z jedną granicą faz, na której zachodzi szybka, odwracalna reakcja potencjałotwórcza (reakcja utleniania lub redukcji) potencjał powstaje na granicy między metalem i elektrolitem, przy czym metal jest jednym z reagentów lub pełni tylko funkcję przenośnika elektronów między reagentami znajdującymi się w otoczeniu pierwiastek w równowadze ze swoimi jonami; elektrody te dzielimy na elektrody gazowe Me X X n- metal (najczęściej platyna), obmywany gazową postacią pierwiastka, zanurzony w roztworze jonów danego pierwiastka elektroda wodorowa: Pt H 2, H + elektroda chlorowa: Pt Cl 2, Cl - elektrody redoks (metal szlachetny w rozt., w którym zachodzi r. redoks: elektroda chinhydronowa elektroda Pt Mn 2+, MnO 4 - elektroda Pt Fe 2+, Fe 3+ metaliczne metale (np. drut, blaszka) zanurzone w roztworach, które zawierają ich jony: elektroda miedziana: Cu Cu 2+ elektroda cynkowa: Zn Zn 2+ elektroda srebrowa: Ag Ag + elektrody amalgamatowe, np. kadmowa: Cd(Hg) Cd 2+ normalna elektroda wodorowa (NEW) jeśli działa jako anoda H 2 zostaje utlenione Pt (s) H 2(g) H + (aq) platyna pokryta czernią platynową zanurzona w kwasie solnym (HCl) o aktywności a = 1, który jest nasycany gazowym wodorem (H 2 ) pod ciśnieniem 1 atm. (p = 1atm. = 101,325 Pa) w temp. 298 K E 0 = 0,000V jeśli działa jako katoda redukują się jony H + H + (aq) H 2(g) Pt (s 2012books.lardbucket.org 3

elektrody metaliczne Me Me n+ metal zanurzony w roztworze jonów własnych podwójna warstwa elektrochemiczna (powierzchniowa i dyfuzyjna) Cu CuSO 4 http://slideplayer.pl/slide/434076/ Elektrody II rodzaju Me 1 Me 1 A (s) Me 2 A metal pokryty swoją trudno rozpuszczalną solą w równowadze z roztworem soli innego metalu o takim samym anionie odwracalna (równowagowa) z dwoma granicami faz (na których zachodzą szybkie reakcje odwracalne): - pierwszą między metalem i pokrywającą metal warstwą jego trudno rozpuszczalnej soli - drugą między warstwą soli trudno rozpuszczalnej i roztworem soli dobrze rozpuszczalnej zawierającej ten sam anion nasycona elektroda kalomelowa (NEK) przewodnik elektronów (Pt) połączony z metaliczną rtęcią (Hg) pokrytą kalomelem chlorkiem rtęci(i) (Hg 2 Cl 2 ) w nasyconym roztworze KCl E 0 = 0,241V HgHg 2 Cl 2 Cl - (nas) korek nasycony KCl mały otwór Hg drut platynowy nasycony roztwór KCl/Hg 2 Cl 2 kalomel Hg 2 Cl 2 2012books.lardbucket.org 4

elektroda chlorosrebrowa Ag pokryty chlorkiem srebra (AgCl) w nasyconym roztworze KCl E 0 = 0.205 V H 2 + 2AgCl 2Ag + 2H + + 2Cl AgAgClCl - (nas) glossary.periodni.com Pomiar potencjału elektrodowego potencjał normalny (standardowy) elektrody metalowej (E 0 ) potencjał metalu zanurzonego w elektrolicie zawierającym jony tego metalu zmierzony względem elektrody odniesienia elektroda odniesienia elektroda wykazująca potencjał niezmienny w czasie normalna elektroda wodorowa (NEW) nasycona elektroda kalomelowa (NEK) nasycona elektroda chlorosrebrowa (AgAgClCl - (nas)) 5

Potencjały normalne (standardowe) układów redoksowych Reakcja E o [V] Reakcja E o [V] Li + /Li -3,045 Ni 2+ /Ni -0,236 K + /K -2,925 Pb 2+ /Pb -0,126 Ca 2+ /Ca -2,840 H + /H 0 Na + /Na -2,714 Cu 2+ /Cu 0.345 Mg + /Mg -2,380 I 2 /I - 0,536 Al 3+ /Al -1.662 Ag + /Ag 0,799 Zn 2+ /Zn -0.763 O 2 /O 2-1,228 S/S 2- -0,510 Cl 2 /Cl - 1,359 Fe 2+ /Fe -0,440 Au + /Au 1,692 wyrażone względem normalnej elektrody wodorowej dla temperatury 25 C Potencjały normalne (standardowe) wybranych reakcji redoks reakcja elektrodowa zapis skrócony E 0 [V] S 2 O 8- / SO 2-4 2,050 ClO /Cl 1,640 MnO 4- /Mn 2+ 1,510 Cl 2 /2Cl 1,360 O 2 /O 2 1,228 Fe 3+ /Fe 2+ 0,771 O 2 /H 2 O 2 0,680 (CN) 2 /HCN 0,370 [Fe(CN) 6 ] 3- / [Fe(CN) 6 ] 4-0,363 Cu 2+ /Cu + 0,167 H + /H 2 0,000 SO 2-4 / SO 2-3 0,103 N 2 /N 2 0,333 S/S 2 0,510 Zn 2+ /Zn 0,763 6

Szereg napięciowy metali szereg napięciowy metale ułożone wg wzrastającego potencjału normalnego metale bardziej aktywne od wodoru wypierają go z wody i kwasów metale mniej aktywne od wodoru nie wypierają go z wody i kwasów E = 0 E 0 metal zwykły standardowa elektroda wodorowa E 0 metal szlachetny zadane.pl Ogniwa elektrochemiczne ogniwa elektrochemiczne galwaniczne źródłem różnicy potencjałów elektrod są reakcje chemiczne, zachodzące między elektrodami a elektrolitem energia wydzielona w wyniku spontanicznej reakcji redoks jest zamieniania na energię elektryczną gdy przez ogniwo nie płynie prąd (ogniwo otwarte) różnica potencjałów jest równa sile elektromotorycznej (SEM) elektrolityczne reakcja redoks w ogniwie jest wymuszana przez przepływ prądu z zewnętrznego źródła zasilania 7

Ogniwa elektrochemiczne anoda Cd katoda Cu katoda Cd anoda Cu 2012books.lardbucket.org Ogniwo składa się z dwóch elektrod, czyli metalicznych przewodników, które pozostają w kontakcie z elektrolitem, czyli przewodnikiem jonowym; połączone mostkiem elektrolitycznym mostek (klucz) elektrolityczny jest to najczęściej U rurka wypełniona neutralnym elektrolitem, pozwalającym na wymianę ładunku bez mieszania elektrolitów np. dwie elektrody w ogniwie Daniella Zn (s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu (s) substrat produkt zetknięcie faz Zn (s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu (s) 8

Schemat ogniwa galwanicznego (-) Zn (s Zn 2+ Cu 2+ Cu (+) atomy Zn 0 są utleniane do Zn 2+ Zn anoda mostek solny NaCl (aq) Cu katoda jony Cu 2+ są redukowane do Cu 0 roztwór Zn(NO 3 ) 2 (ag) roztwór Cu(NO 3 ) 2 (aq) Zn (s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s) 2012books.lardbucket.org Schemat ogniwa elektrolitycznego anoda katoda Zn anoda Cu katoda elektrody ZnSO 4 CuSO 4 http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/ tutors4you.com 9

Ogniwa stosowane w praktyce pręt grafitowy (katoda, redukcja MnO 2 ) ogniwo suche - nie można ponownie ładować gdy reakcja ogniwa osiągnie stan równowagi, ogniwo nadaje się do wyrzucenia (ogniwo pierwotne) Zn(s) ZnCl 2 (aq), NH 4 Cl(aq) MnO(OH)(s) MnO 2 (s) grafit (1,5 V) naczynie cynkowe (anoda) elektrolit (ZnCl 2 + NH 4 Cl) reakcja sumaryczna: Zn + 2MnO 2 Zn 2+ + Mn 2 O 4 2- ładowanie rozładowanie http://ncerthelp.com/text.php?ques=explain+type+of+cells Ogniwa stosowane w praktyce akumulator kwasowy (ołowiowy) - stosowany w samochodach regenerowalne (ogniwo wtórne) Pb(s) PbSO 4 (s) H + (aq),hso 4 -I (aq) PbO 2 (s) PbSO 4 (s) Pb(s), 2 V www.akubiz.biz http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/chemia/a_e_chemia/7_elektrochemia/07_01_02.htm 10

stos Volty pierwsza bateria (1880) H 2 SO 4 + 2H 2 O 2H 3 O + + SO 4 2- elektrolit Zn Cu akumulator niklowo-kadmowy stosowany do zasilania urządzeń elektronicznych Cd(s) Cd(OH) 2 (s) KOH(aq) Ni(OH) 3 (s) Ni(OH) 2 (s) Ni(s), 1,25 V pl.wikipedia.org www.fatclicks.listy.info.pl metalowa zatyczka pręt węglowy osłona cynkowa bateria cynkowo węglowa ogniwo Leclanche go Zn Zn +2 NH 4 Cl MnO 2 C MnO 2 pasta NH 4 Cl metalowe dno ogniwo Daniell a (-) ZnZnSO 4 CuSO 4 Cu (+) anoda katoda porowata ścianka przepływ kationów przepływ anionów pl.wikipedia.org 11

Ogniwo paliwowe (wodorowo-tlenowe) elektrolit: NaOH, H 2 O reakcja sumaryczna: 2H 2 + O 2 2H 2 O Ogniwo paliwowe (węglowodorowe) reakcja sumaryczna, np.: CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O http://www.h-tec.com/en/education/technology/fuel-cells/ Elektroliza elektroliza proces, podczas którego prąd elektryczny z zewnętrznego źródła zasilania powoduje zachodzenie na elektrodach reakcji utleniania i redukcji zachodzi w układach, w których występują substancje zdolne do jonizacji, czyli do rozpadu na jony jonizacja na skutek przyłożonego napięcia elektrycznego, dysocjacji elektrolitycznej, autodysocjacji, wysokiej temperatury, czy w wyniku działania silnego promieniowania proces związany z wymuszoną wędrówką jonów do elektrod zanurzonych w substancji, po przyłożeniu do nich odpowiedniego napięcia prądu elektrycznego po dotarciu do elektrod jony przekazują im swój ładunek lub wchodzą z nimi w reakcję chemiczną, na skutek czego zamieniają się w obojętne elektrycznie związki chemiczne lub pierwiastki wędrujące przez substancję jony mogą ulegać rozmaitym r. chemicznym z innymi jonami lub substancjami, które nie uległy rozpadowi na jony; powstające w ten sposób substancje zwykle osadzają się na elektrodach lub wydzielają się z układu w postaci gazu https://www.youtube.com/watch?v=dbxnhwjp5tk 12

Elektroliza elektroliza wody w aparacie Hoffman a A: 2O 2- O 2 +4e C: 4H + +4e 2H 2 elektroliza stężonego roztworu NaCl A: 2Cl - Cl 2 +2e K: 2H + +2e H 2 http://scholaris.pl/ elektroliza stopionego NaCl A: 2Cl - Cl 2 + 2e C: 2Na + + 2e 2Na elektropolerowanie srebra A: Ag Ag + + e K: Ag + + e Ag 13

http://2012books.lardbucket.org/books/ elektrolityczne otrzymywanie aluminium A: 6O 2-3O 2 +12ē C+O 2 CO 2 K: 4Al 3+ +12ē 4Al Al 2 O 3 rozbijacz odprowadzenie gazów osad stały anoda (+) wykonana z C katoda (-) wykonana z Fe okładzina grafitowa stopiony kriolit (Na 3 AlF 6 ) stopiony Al 2 O 3 14

29 Szybkość reakcji elektrochemicznej n O Ox + n e ē n R Red n O i n R współczynniki stechiometryczne w stanie równowagi: wiedząc, że: oraz: v v dc v dt m c M v 15

szybkość reakcji można zdefiniować jako: zgodnie z prawem Faraday a: m - masa substancji k równoważnik elektrochemiczny I - prąd t - czas M - masa molowa n liczba wymienionych elektronów F stała Faraday a (96 485 C/mol) dm v dt m k I t M I t n F łącząc poprzednie wzory otrzymujemy: v I dm dt M I n F n F v M I I 0 I prąd anodowy jest równy prądowi katodowemu i osiąga wartość I 0 zwaną prądem wymiany 16

wiedząc, że szybkość reakcji jest proporcjonalna do stężenia, to zaś jest powiązane z aktywnością wzorem: a c f można zdefiniować prąd anodowy i katodowy jako: I I n F k n F k k 0 stała szybkości reakcji a O, a R aktywności formy utlenionej i zredukowanej współczynnik symetrii bariery energetycznej E 0 potencjał normalny 0 0 a O e O R a R e 0 nf ( EE ) RT (1 ) nf ( EE ) RT 0 porównując do siebie prawe strony poprzednich równanie Nernst a : równań otrzymany E E 0 potencjał potencjał elektrody standardowy [mv] RT nf a ln a O O R R potencjał normalny potencjał elektrody mierzony względem NEW (normalnej elektrody wodorowej), której potencjał wynosi 0 17

Siła elektromotoryczna ogniwa galwanicznego reakcje o silnej dążności do wyciągania elektronów z katody i wpychania ich do anody generują dużą E siła elektromotoryczna ogniwa (SEM, E; napięcie ogniwa) jest miarą zdolności reakcji ogniwa do spowodowania przepływu elektronów przez obwód reakcje o słabej dążności do wyciągania elektronów z katody i wpychania ich do anody generują małą E reakcja w pobliżu stanu równowagi jednostka wolt [V] Samorzutność reakcji redoksowej SEM E W q J C E potencjał półogniwa, V W praca, J q całkowity ładunek elektronów, C W n liczba moli elektronów, mol q całkowity ładunek elektronów, C F stała Faradaya, C/mol q q n F E max F 96485 ładunek mola elektronów C mol 18

Samorzutność reakcji redoksowej pomiędzy siłą elektromotoryczną (E, SEM), a entalpią swobodną reakcji ogniwa (G r ) zachodzi związek maksymalna praca elektryczna, jaką może wykonać układ (ogniwo galwaniczne) określona jest wartością entalpii swobodnej (G) przy T i p = const. E (dla elektrody) max Wmax G G nf G nfsem równanie to oznacza, że jesteśmy w stanie policzyć wartość siły elektromotorycznej układu, gdy znamy wartość entalpii swobodnej reakcji ogniwa G 0 Emax 0 SEM 0 (dla ogniwa) ujemny znak oznacza, że gdy siła elektromotoryczna jest dodatnia to entalpia swobodna jest ujemna, a to natomiast odpowiada samorzutnemu przebiegowi reakcji ogniwa Samorzutność reakcji chemicznej czy reakcja Cu 2+ (aq) + Fe (s) Cu (s) + Fe 2+ (aq) jest spontaniczna? redukcja: Cu 2+ + 2ē Cu utlenianie: Fe Fe 2+ + 2ē zauważmy, że w szeregu napięciowym dla reakcji redukcji mamy: Fe 2+ + 2ē Fe 0 E o = - 0.44 V E o = 0.34 V E o = 0.44 V E o G G o o 0.78V nfe 2mol 96458 2mol 96458 5 1.510 J 0 o C mol C mol J 0.78 C 0.78V 19

Samorzutność reakcji chemicznej Czy HNO 3 rozpuści złoto? redukcja: NO 3- + 4H + + 3ē NO + H 2 O utlenianie: Au Au 3+ + 3ē E o = 0.96 V E o = -1.50 V E o 0.54V E o 0 G o 0 reakcja nie jest samorzutna Ogniwo redukcja Fe 3+ do Fe 2+ Pt Sn 4+, Sn 2+ Fe 3+, Fe 2+ Pt klucz elektrolityczny membrana elektrody kontaktowe Sn 4+ + 2ē Sn 2+ Fe 3+ + ē Fe 2+ 20

f Fe III c Fe III f Sn II c Sn II 21