Nom D:

Lacd nie obsluguj a bez zaladowanycOgniwa chemiczne (galwaniczne).

Pojęcia podstawowe:

ogniwo

układ dwóch półogniw chemicznych połączonych razem

półogniwo

płytka metaliczna z przewodnikiem metalicznym

i roztworem do, którego jest zanurzona

elektroda*

płytka metaliczna

* w szkole średniej często określenia: elektroda i półogniwo stosowane są zamiennie

połączenie półogniw

• kluczem elektrolitycznym - pełni rolę przekaźnika jonów

dla zachowania elektroobojętności roztworów (najczęściej jest nim rurka

w kształcie litery U, wypełniona nasyconym roztworem KCl i zatkana watą szklaną)

• obie elektrody pracują w tym samym roztworze

• obie elektrody są zetknięte razem - stopy metali

bodziec reakcji

• różnica potencjałów pomiędzy półogniwami chemicznymi

• zamknięcie obwodu

siła elektromotoryczna ogniwa

SEM = E_KATODY - E_ANODY dla ogniwa niepracującego

(po zamknięciu obwodu następuje spadek napięcia

na oporze wewnętrznym przewodnika, czyli obliczona teoretycznie wartość różnicy potencjałów jest zawsze większa od zmierzonej)

obliczanie potencjału półogniwa

(równanie Nernsta)

E_ox/red = E_ox/red⁰ + (RT/nF) ln (a_ox/a_red)

ox -forma utleniona E_ox/red⁰ - potencjał standardowy^*

red - forma zredukowana T - temperatura w Kelwinach

n - ilość elektronów biorących udział w procesie: ox + ne = red

a - stężenie aktywne, czyli stężenie drobin biorące udział w procesie redoks, dla roztworów rozcieńczonych równe stężeniu molowemu (a=f_*c, gdzie f to współczynnik aktywności)

R - stała gazowa(wartość pracy wykonanej przez 1 mol gazu w warunkach adiabatycznego rozprężania podczas, którego temperatura wzrasta o 1 stopień)

F - stała Farada^,ya, wynosi około 96500 C/mol - jest to ładunek jednego mola elektronów; ładunek jaki musi przepłynąć aby zredukować jeden mol kationów jednododatnich:

Ag⁺ + 1e = Ag - płynie 1 farad czyli 96500 kulombów

Fe³⁺ + 3e = Fe - płyną trzy farady czyli 3_*96500 kulombów

(log_ex) lnx = b ◄═►e^b = x lnx = 2,303logx

• potencjał standardowy to potencjał elektrody pracującej w warunkach standardowych
  w roztworze jednomolowym (ponieważ nie można wyznaczyć potencjału pojedynczego punktu a jedynie różnicę potencjału dwóch punktów z pośród wszelkich możliwych ogniw wybrano jedno wzorcowe, którego potencjał przyjęto za równy zero - SPW - Standardowe Półogniwo Wodorowe, czyli ogniwo wodorowe, gdzie drut wykonany z platyny jest omywany gazowym wodorem o ciśnieniu 1013 hPa
  i zanurzony jest do roztworu zawierającego jony H⁺ o stężeniu 1 mol/dm³)

• wylicz ile wynosi RT/F _*2,303 dla temperatury 20⁰C - będzie często potrzebne w zadaniach (0,059)

Podział półogniw:

I. Kryterium stanowi zmienność potencjału półogniwa:

• wskaźnikowe - ich potencjał zależy od stężenia konkretnego lub kilku jonów

• porównawcze - ich potencjał jest stały

II. Kryterium stanowi potencjał półogniwa:

• odwracalne ze względu na kation - ich potencjał zależy od stężenia kationu(ów)

• odwracalne ze względu na anion- ich potencjał zależy od stężenia anionu(ów)

• nieodwracalne - ich potencjał jest stały

III. Kryterium stanowi budowa półogniwa.

metaliczne I rodzaju:

metal zanurzony do roztworu zawierającego jony tego metalu

Me

E_M(n+)/Me(0) = E_M(n+)/Me(0)⁰ + (RT/nF) ln [Meⁿ⁺]

bo [Me] = 1

odwracalne ze względu na kation

metaliczne II rodzaju:

metal pokryty trudno rozpuszczalną solą tego metalu zanurzony do roztworu zawierającego aniony tej soli

E_{M(n+),MeA/Me(0)} = E_{MA/Me(0),A(n-)}⁰ - (RT/nF) ln [A^n-]

bo [Me] = 1 i [Me_nA_m] =1

odwracalne ze względu na anion lub nieodwracalne, gdy pracuje

w roztworze nasyconym

półogniwa gazowe

gaz opłukuje metal szlachetny (najczęściej platynę) i zanurzony jest

do roztworu jonów charakterystycznych dla tego gazu

np. wodorowe

wdmuchiwany wodór

E =


RT/nF ln [H⁺] = - 0.059pH
(E⁰ z założenia wynosi 0V; [H₃O⁺= 1mol/dm³, p_wodoru = 1013hPa )

np. chlorowe: chlor opłukuje złoto i zanurzone jest

do roztworu zawierającego aniony chlorkowe

odwracalne ze względu na jon charakterystyczny dla gazu

półogniwa typu redoks

metal zanurzony do roztworu zawierającego jony tego samego

metalu na dwóch różnych stopniach utleniania

(metal pełni rolę przekaźnika elektronów)

Pt

E_M(n+)/Me(m+) = E_M(n+)/Me(m+)⁰ + (RT/nF) ln [Meⁿ⁺]/[Me^m+]

odwracalne ze względu na jony metalu

przewidywanie kierunku reakcji redoks w ogniwie:

reguła zegara

kierunek ruchu elektronów

OX₁ OX₂

_E^O

umowny kierunek prądu

RED₁ RED₂

OX - forma utleniona RED - forma zredukowana

E⁰ - wielkość tablicowa zwana potencjałem standardowym (wyrażana w woltach - V) (ogólnie powinno być E

obliczone z równania Nernsta)

Ogólnie: substancja o niższym potencjale łatwiej ulega utlenieniu, jest lepszym reduktorem (jeżeli formy „red” to pierwiastki można powiedzieć, że 1 wypiera z roztworu 2), w ogniwie stanowi Anodę (dwie samogłoski; utlenienie- anoda!)

międzynarodowy zapis ogniwa chemicznego:

(-) A,K (+) lub (-) A ║ K (+)

║ - klucz elektrolityczny

metal anody │ roztwór anodowy ║ roztwór katodowy│metal katody

metal anody │ roztwór katodowy│metal katody

np. ogniwo wodorowo - tlenowe (-)Pt,H₂│H⁺ ║ OH^-│O₂, Pt (+)

ogniwo miedziowo -cynkowe (-) Zn│Zn²⁺ ║ Cu²⁺ │Cu (+) lub

(-) Zn│Cu²⁺ │Cu (+)

UWAGA! Kiedy chcesz zaproponować konkretną substancję chemiczną zawierającą dany jon skorzystaj
z tabeli rozpuszczalności - wybieraj substancje dobrze rozpuszczalne w wodzie; inaczej twoje ogniwo nie będzie źródłem wielkiej różnicy potencjału lub będziesz wyznaczał doświadczalnie iloczyn rozpuszczalności soli trudno rozpuszczalnej.

Katoda

Z Wikipedii

Brak wersji przejrzanej

Skocz do: nawigacji, szukaj

Katoda (gr. kata - "w dół", hodós - "ścieżka") - elektroda z której do układu dostaje się ładunek ujemny, lub jest absorbowany ładunek dodatni. W zależności od charakteru układu lub urządzenia elektrycznego (kierunku przepływającego przez nie prądu elektrycznego), katoda może być elektrodą dodatnią lub ujemną. Katoda występuje zawsze w parze z elektrodą jej przeciwną pod względem znaku, czyli anodą.

Katody zanurzone w elektrolitach

Jednym z zastosowań katody jest przeprowadzanie reakcji chemicznych związanych z przepływem prądu. Katoda umieszczana jest w elektrolicie, do którego przekazuje ładunek ujemny lub wchłania ładunek dodatni w formie generowania odpowiednich jonów, co napędza ciąg reakcji chemicznych między jonami w elektrolicie. W ogniwie galwanicznym katoda jest elektrodą dodatnią i razem z anodą generuje siłę elektromotoryczną. W elektolizerze katoda staje się elektrodą ujemną, do której przykładane jest napięcie, aby wywołać reakcje chemiczne w elektrolicie (elektrolizę).

Katody pracujące w lampach próżniowych

Katoda może pracować w próżni lub specjalnej atmosferze (np. gazie obojętnym). Tego typu rozwiązanie stosuje się w lampach elektronowych. W tym zastosowaniu katoda podłączana jest do ujemnego bieguna napięcia zasilającego.

Ze względu na metody uzyskiwania emisji ładunku ujemnego z powierzchni katody, wyróżnia się:

• termokatody - emisja pod wpływem nagrzania katody,

• fotokatody - emisja pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego (zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne),

• katody wtórne - emisja pod wpływem bombardowania cząstkami.

Iwona K®ól - nauczyciel chemii VIII LO

„Notatki ucznia”

4

Meⁿ⁺

Me, Me_nA_m

A^n-

H⁺

Meⁿ⁺, Me^m+

reduktory

utleniacze

---