Chemia

Chemia

Prof. dr hab. Krystyna A. Skibniewska
Katedra Podstaw Bezpieczeństwa WNT
E-mail: [e-mail]

Plan wykładu VII

Plan wykładu VII



Elektrochemia: ogniwa,

elektroliza.



Korozja.



Twardość wody

Elektroliza

Elektroliza

-

reakcje chemiczne wywołane przepływem
prądu elektrycznego przez roztwór
elektrolitu. Elektrolit – kwas, zasada lub
sól.

I prawo Faraday’a m = kIt
m – masa substancji wydzielonej na elektrodzie [g],
k – stała charakterystyczna dla substancji wydzielanej

tzw. równoważnik elektrochemiczny [g/C],

I – natężenie prądu [A],
t – czas [s].
II prawo Faraday’a: masy substancji wydzielone przez

taki sam ładunek elektryczności są proporcjonalne
do ich mas równoważnikowych.

Elektroliza c.d.

Elektroliza c.d.



Wodorotlenków:

- metali mniej aktywnych od

wodoru,

- metali bardziej aktywnych od

wodoru,



Kwasów:

- beztlenowych,
- tlenowych,



Soli.

Ogniwa elektryczne

Ogniwa elektryczne

Działanie ogniwa to proces odwrotny do

elektrolizy.

Półogniwo – elektroda (metal) zanurzona

w roztworze swoich jonów.

Potencjał półogniwa (równanie Nernsta):

E = E

o

+ (RT/F

z

) ln a

R – stała gazowa (8,314 W

.

s/mol

.

K)

T – temperatura [K]
F – stała Faraday’a (96 485 C/mol)
z – wartościowość metalu
a – aktywność (stężenie) półogniwa.

Szereg napięciowy metali

Szereg napięciowy metali

Potencjały normalne w temp.

25

o

C

Pierwiastek

E

o

[V]

K/K

+

Ca/Ca

Al/Al

3+

Zn/Zn

2+

Fe/Fe

3+

Fe/Fe

2+

H

2

/2H

+

Cu/Cu

2+

Ag/Ag

+

Au/Au

3+

2F

-

/F

2

2Cl

-

/Cl

2

4OH

-

/O

2

+ H

2

O

- 2,92

- 2,76

- 1,71

- 0,76

- 0,41

- 0,05

0,00

+0,34

+0,80

+1,42

+2,87

+1,36

+0,40

Pasywacja

Pasywacja

Proces chemiczny lub elektrochemiczny powodujący

przejście metalu ze stanu aktywnego w stan pasywny.

Stan ten osiąga się poprzez wytwarzanie na powierzchni

metalu bardzo cienkiej, ale szczelnej i dobrze związanej

z podłożem warstewki tlenków, wodorotlenków lub soli.

Warstewka ta powoduje zmianę potencjału

elektrycznego metalu i zwiększa jego odporność na

korozję. Takie warstwy tworzą się na powierzchni

chromu, nikilu, molibdenu, tytanu, glinu, żelaza i

stopach tych metali, jak, np. na stalach Fe-Cr-Ni.

Pasywacja niektórych metali zachodzi samorzutnie

(samopasywacja) pod wpływem działania tlenu

zawartego w powietrzu (m.in. Al, Cr, Ni).

Zwykle pasywację przeprowadza się w kąpielach

utleniających -tzw. oksydowanie: elektrolityczne -

głównie w przypadku aluminium i jego stopów (tzw.

anodowanie), chemiczne - głównie stopów żelaza, tzw.

czernienie (np. elementy broni).

Ogniwo Daniella

Ogniwo Daniella

Skład: Zn w roztworze ZnSO

4

i Cu w

roztworze CuSO

4

.

Zn

o

⇆ Zn

2+

+ 2e

-

Cu

2+

+ 2e

-

⇆ Cu

o

Siła elektromotoryczna ogniwa SEM

to różnica potencjałów półogniw.

Ogniwo stężeniowe

Ogniwo stężeniowe

Połączone ze sobą dwa półogniwa –

metal w roztworze swojej soli o
różnym stężeniu. Wtedy:

SEM = (RT/F

z

) ln a

1

/a

2

Na skutek dążenia do wyrównania stężeń

w roztworze o mniejszym stężeniu
metal się rozpuszcza, a w drugim
osadza na elektrodzie.

Ogniwo stężeniowe typu

Ogniwo stężeniowe typu

oksydacyjnego

oksydacyjnego

Powstają przy nierównomiernym dopływie

tlenu do metalu. W środowisku wodnym

(np. wilgoć z powietrza czyli kropla wody

na metalu) zachodzą odmienne reakcje

na powierzchni wody i na styku z

metalem:

2 H

2

O + O

2

+ 4e

-

→ 4OH

-

Fe → Fe

2+

+ 2e

-

Takie zjawisko może zachodzić na części

elementu metalowego, lub pod

zanieczyszczeniem, które utrudnia

dostęp tlenu. Zanieczyszczenia jonowe

mogą przyspieszać proces korozji.

Korozja elektrolityczna

Korozja elektrolityczna

Wywoływana przez prąd stały tzw.

Prądy błądzące z uziemienia

urządzeń prądu stałego.

Ulegają jej znajdujące się w gruncie

elementy metalowe (infrastruktura

gazowa, wodociągowa, ciepłownicza

itp., również zbrojenie w żelbecie).

Miejsce wpływania prądu do

elementu staje się katodą, ujścia –

anodą i tu zachodzi korozja.

Zagadnienia na ćwiczenia

Zagadnienia na ćwiczenia

Reakcje charakterystyczne kationów:
Ca

2+

, Fe

3+

, Al

3+

, Na

+

, K

+

i anionów:
SO

42-

, CO

32-

, SiO

32-

, NO

3-

Analiza soli.
Twardość wody.