Электрохимический ряд напряжений металлов как пользоваться


Ряд активности металлов, когда им пользоваться » HimEge.ru

Ряд напряжений (ряд активности или электрохимический ряд напряжения ЭХРН) металлов используется на практике для относительной оценки химической активности металлов в реакциях с водными растворами солей и кислот и для оценки катодных и анодных процессов при электролизе.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ РЯД НАПРЯЖЕНИЙ МЕТАЛЛОВ

Восстановительная активность металлов (свойство отдавать электроны) уменьшается, а окислительная способность их катионов (свойство присоединять электроны) увеличивается в указанном ряду слева направо.

  • Металлы, стоящие левее, являются более сильными восстановителями, чем металлы, расположенные правее: они вытесняют последние из растворов солей. Например, взаимодействие Zn + Cu 2+ → Zn2+ + Cu возможно только в прямом направлении. Цинк вытесняет медь из водного раствора её соли. При этом цинковая пластинка растворяется, а металлическая медь выделяется из раствора.
  • Металлы, стоящие в ряду левее водорода, вытесняют водород при взаимодействии с водными растворами кислот-неокислителей; наиболее активные металлы (до алюминия включительно) — и при взаимодействии с водой.
  • Металлы, стоящие в ряду правее водорода, с водными растворами кислот-неокислителей при обычных условиях не взаимодействуют.
  • При электролизе металлы, стоящие правее водорода, выделяются на катоде; восстановление металлов умеренной активности сопровождается выделением водорода; наиболее активные металлы (до алюминия) невозможно при обычных условиях выделить из водных растворов солей.

    Катодный процесс

Электрохимическая серия

Расположение окислительно-восстановительных равновесий в порядке их значений E °

Электрохимический ряд создается путем расположения различных окислительно-восстановительных равновесий в порядке их стандартных электродных потенциалов (окислительно-восстановительных потенциалов). Наиболее отрицательные значения E ° помещаются вверху электрохимического ряда, а наиболее положительные - внизу.

Для этого вводного обзора электрохимического ряда мы собираемся перечислить виды равновесия металл / ион металла, которые мы рассматривали на предыдущей странице (плюс водородное равновесие), в порядке их значений E °.Это будет распространено на другие системы на следующей странице.

 

Электрохимическая серия

Примечание по водородному числу

Помните, что каждое значение E ° показывает, находится ли положение равновесия слева или справа от равновесия водорода.

Эта разница в положениях равновесия приводит к тому, что количество электронов, которые накапливаются на металлическом электроде и платине водородного электрода, различно.Это создает разность потенциалов, которая измеряется как напряжение.

Очевидно, что если вы подключите один стандартный водородный электрод к другому, не будет никакой разницы между положениями двух состояний равновесия. Количество электронов, накопившихся на каждом электроде, будет одинаковым, поэтому между ними будет нулевая разность потенциалов.

Напоминания об окислении и восстановлении

Окисление и восстановление с точки зрения переноса электрона

Помните, что в электронах:

Теперь примените это к одному из окислительно-восстановительных равновесий:

Когда твердый магний образует ионы, он теряет электроны.Магний окисляется.

Другой пример. . .

Когда ионы меди (II) приобретают электроны с образованием меди, они восстанавливаются.

Восстановители и окислители

A восстановитель уменьшает что-то еще. Это должно означать, что он отдает ему электроны.

Магний хорошо отдает электроны для образования своих ионов. Магний должен быть хорошим восстановителем.

Окислитель окисляет что-то еще. Это должно означать, что он забирает у него электроны.

Медь не очень легко образует свои ионы, и ее ионы легко захватывают электроны откуда-то, чтобы превратиться в металлическую медь. Ионы меди (II) должны быть хорошими окислителями.

Обобщая электрохимическую серию

Металлы в верхней части этой серии хорошо отдают электроны. Они хорошие восстановители.Восстановительная способность металла увеличивается по мере продвижения вверх по ряду.

Ионы металлов в нижней части ряда хорошо улавливают электроны. Они хорошие окислители. Окислительная способность ионов металлов увеличивается по мере того, как вы идете вниз по ряду.

 

 

Оценка окислительной или восстановительной способности по значениям E °

Чем больше отрицательное значение E °, тем левее положение равновесия - тем легче металл теряет электроны.Чем отрицательнее значение, тем сильнее металл восстановитель.

Чем больше положительное значение E °, тем больше положение равновесия находится вправо - тем менее легко металл теряет электроны и тем легче его ионы снова захватывают их. Чем больше положительное значение, тем сильнее окислитель ион металла.

.

Ячейки электрохимические

  • Электрохимическая ячейка может позволить двум половинным реакциям протекать отдельно, с электронами, протекающими через внешний провод, от одной реакции к другой.
  • Это основа всех батарей и сухих элементов.
  • В одной части клетки происходит реакция окисления; в другой части протекает реакция восстановления.
  • Электроны, которые были потеряны в реакции окисления, проходят через внешний контур в реакцию восстановления, где они восстанавливают окислитель.
  • Две части электрохимической ячейки называются полуячейками.
  • Энергия выдается в виде электрической энергии вместо тепла.
  • Батареи имеют как положительный, так и отрицательный полюс; разность потенциалов между положительной и отрицательной клеммами измеряется в вольтах.
  • Напряжение также можно выразить как количество джоулей энергии, передаваемой, когда один кулон заряда проходит по цепи:
    1 вольт = 1 Дж C -1

  • Например, когда 1 кулон заряда проходит через разность потенциалов 3 вольта, передается 3 Дж энергии.Через некоторое время напряжение в батарее может упасть; это связано с током; чем выше потребляемый ток, тем ниже напряжение может выдавать аккумулятор. Таким образом, сравнивая ячейки и полуячейки, важно измерять разность потенциалов, когда ток не течет. Эта разность потенциалов обозначается символом E, , ячейка , (иногда ее называют электродвижущей силой или ЭДС, хотя на самом деле это не сила).
  • Вольтметр с высоким сопротивлением используется для измерения разности потенциалов между электродами двух полуэлементов.Это высокое сопротивление, поэтому протекает незначительный ток, поэтому измеряется максимальная разность потенциалов.
  • Из измеренных разностей потенциалов полуэлементов можно составить шкалу потенциалов отдельных электродов.
  • Такая шкала может использоваться, чтобы сказать нам, для любой пары полуэлементов, какая из них будет положительным электродом.
  • Электроны текут в полуячейку с более положительным потенциалом и вызывают реакцию восстановления; в другой половине ячейки должна происходить реакция окисления.
  • Следовательно, используя шкалу электродных потенциалов, можно определить, что окисляется, а что восстанавливается в окислительно-восстановительной реакции.

Металл-металл-ионные элементы

  • Простую ячейку можно создать, используя полоски металла, погруженные в растворы ионов металлов; например, медно-цинковый элемент состоит из двух полуэлементов:
  • Между двумя решениями необходима связь (растворы не должны смешиваться).
  • Полоска фильтровальной бумаги, пропитанная насыщенным нитратом калия, может использоваться в качестве соединения между двумя полуячейками (солевой мостик).Солевой мостик содержит как положительные, так и отрицательные ионы. Какая бы из полуэлементов стала более отрицательной (т.е. содержащая окислитель), она получит положительные ионы от солевого мостика, нейтрализуя заряд. Полуэлемент, который становится более положительным (то есть тот, который содержит восстановитель), получит отрицательные ионы от соляного моста, нейтрализуя заряд.
  • В полуячейке на поверхности электрода происходит равновесная реакция; например в цинковом полуэлементе:
    Zn (т) Zn 2+ (водн.) + 2e

  • Когда две полуячейки соединены вместе, наиболее реактивные виды будут иметь наибольшую тенденцию к образованию ионов i.е. стать восстановителем.
  • Когда цинковый полуэлемент соединен с медным полуэлементом; ионы меди будут принимать электроны, поскольку они являются более сильным окислителем. Это сместит положение равновесия в полуреакции меди вправо, что приведет к восстановлению ионов меди.
    Cu (т) Cu 2+ (водн.) + 2e

  • Между медным и цинковым электродами подключен вольтметр с высоким сопротивлением.В таблице ниже показаны данные из ряда различных ячеек:
  • Трудно обнаружить какие-либо закономерности в напряжениях; разные пары полуэлементов в некоторых случаях дают почти одинаковое напряжение.
  • Ниже показан один из способов сортировки некоторых данных.
  • Разность потенциалов между медными и железными полуэлементами составляет 0,78 В. Разность потенциалов между железными и цинковыми полуэлементами составляет 0,32 В (железо - положительные полуэлементы). Следовательно, разница между цинковыми и медными полуэлементами должна быть равна 1.10В.
  • Полуячейка с водородом используется в качестве эталона; то есть водородная полуячейка используется для построения списка электродных потенциалов.
  • Используются стандартные условия, чтобы не изменять напряжение (напряжение изменяется в зависимости от температуры).
  • Потенциал водородной полуячейки определяется как 0В.
  • Стандартный электродный потенциал полуэлемента, определяется как разность потенциалов между ним и стандартным водородным полуэлементом.
  • Некоторые значения показаны ниже:
  • Таблица выше называется электрохимической серией .
  • Металл с наибольшим потенциалом отрицательного электрода имеет наибольшую тенденцию действовать как восстановитель, поставляя электроны, когда он окисляется.
  • Металл с наименьшим потенциалом отрицательного электрода имеет гораздо меньшую склонность действовать как восстановитель.
  • Таблицу можно использовать, чтобы мы могли рассчитать максимальное напряжение, получаемое от любой стандартной ячейки.
  • Его также можно использовать для прогнозирования любой окислительно-восстановительной реакции и того, произойдет ли она в клетке.
  • Электрохимический ряд можно найти в вашей книге данных.

Другие полуэлементные реакции

  • В дополнение к реакциям только металл / ион металла, существует также много других типов реакций полуячейки, например:

    Между ионами:


    Fe 3+ (водн.) + E - Fe 2+ (водн.)
    Cr 2 O 7 2- (водн.) + 14H + (водн.) + 6e - 2Cr 3+ (водн.) + 7H 2 O (л)
    MnO 4 - (водн.) + 8H + (водн.) + 5e - Mn 2+ (водн.) + 4H 2 O (l)

    Между молекулами и ионами:
    Cl 2 (водн.) + 2e - 2Cl - (водн.)

  • В таких полуэлементах электрический контакт осуществляется с помощью инертного электрода, погруженного в раствор, содержащий все ионы и молекулы, участвующие в окислительно-восстановительной полуреакции.

Электрохимическая серия

  • Чем положительнее значение вида в серии, тем сильнее окислитель.
  • Из электрохимического ряда вы можете определить, в каком направлении будет происходить реакция полуячейки.
  • Потенциал электрода является мерой тенденции полуреакции к подаче электронов:
    • Металлический цинк в растворе цинка имеет электродный потенциал -0,76 В и, следовательно, имеет высокую тенденцию к подаче электронов.
    • Металлическая медь в медном растворе имеет электродный потенциал + 0,34 В и поэтому имеет меньшую тенденцию к подаче электронов.
    • Металлическое серебро в растворе серебра имеет электродный потенциал +0,80 В и поэтому имеет очень низкую тенденцию к подаче электронов.
  • Итак, цинк может поставлять электроны в медь, которая может поставлять электроны в серебро, но обратного не может быть.
  • Чтобы цинк поставлял электроны, реакция должна быть:
    Zn (т) Zn 2+ (водн.) + 2e -

  • Чтобы медь могла принимать электроны, реакция должна быть:
    Cu 2+ (водн.) + 2e - Cu (s)

  • Прогноз общей реакции согласуется с наблюдаемыми изменениями:
    Zn (с) + Cu 2+ Zn 2+ + Cu (с)

  • Наивысший электродный потенциал в двух соединенных полуячейках всегда является положительным электродом ячейки.Диаграммы электродных потенциалов обеспечивают удобный способ отображения и использования данных электрохимических рядов:

Использование диаграмм электродных потенциалов

Пример вопроса:

В таблице ниже приведены электродные потенциалы некоторых полуреакций. Какие реакции могут произойти, если мы соединим полуэлементы MnO 4 - (водный) / Mn 2+ (водный) и Fe 3+ (водный) , чтобы электроны могли течь? Напишите уравнение общей реакции.

Метод:

  1. Постройте диаграмму электродных потенциалов.
  2. Используйте его, чтобы делать прогнозы относительно полуреакций.
  3. Сбалансируйте полууравнения.
  1. & nbsp
  2. Электроны текут на положительный электрод ячейки; это будет для MnO 4 - (вод.) / Mn 2+ (вод.) полуячейки (это более положительно, чем для Fe 3+ (вод.) / Fe 2+ (водн.) полуэлемент.

    Реакция восстановления будет происходить на положительном электроде:


    MnO 4 - (водн.) + 8H + (водн.) + 5e - Mn 2+ (водн.) + 4H 2 O (l)

    Другая половина ячейки будет поставлять электроны:


    Fe 2+ (водн.) Fe 3+ (водн.) + e -
  3. Теперь уравновесим уравнения, чтобы убедиться, что они совпадают по количеству электронов:
    5Fe 2+ (водн.) 5Fe 3+ (водн.) + 5e -

    Общая реакция будет быть:
    MnO 4 - (водн.) + 8H + (водн.) + 5Fe 2+ (водн.) Mn 2+ (водн.) + 4H 2 O (л) + 5Fe 3+ (водн.)

Использование электродных потенциалов для прогнозирования реакций

  • Электродные потенциалы можно использовать для прогнозирования любой окислительно-восстановительной реакции.
  • Однако это только прогнозы, а значит, не достоверность.
  • Электродные потенциалы могут использоваться только для определения того, возможна ли реакция ; даже если это возможно, это может происходить слишком медленно.
  • Если реакция идет медленно, это часто происходит из-за слишком низкой энергии активации.
  • Итак, даже если электродные потенциалы указывают, что реакция произойдет; на самом деле энергия активации слишком высока для работы.
  • Мы могли бы заставить реакцию работать, добавив катализатор, который снижает энергию активации, или изменив условия (т.е.е. температура, давление и т. д.).
  • Если потенциалы электродов показывают, что реакция не может произойти, то реакция никогда не произойдет, независимо от того, что делается, чтобы попытаться ее вызвать.

Книжки полезные для ревизии

Пересмотреть химию A2 для солей (OCR A Level Chemistry B)
Salters (OCR) Пересмотреть A2 ChemistryHome
.

Электрохимическая маркировка и травление - Cougartron

Что такое электрохимическая маркировка и как она работает?

Электрохимическая маркировка - это процесс, при котором проводящих металлических поверхностей маркируются и маркируются с помощью электрического тока и мягких электролитических жидкостей .

Но как этот процесс соотносится с другими методами маркировки ?

Насколько постоянных являются результатами электрохимической маркировки и почему это важно для промышленного производства и хобби-проектов?

Ответы на эти вопросы и другую важную информацию об электрохимическом процессе можно найти ниже.

Маркировка и травление металла - есть ли разница?

Перед тем, как сравнивать различные методы оценки и оценивать их важность , мы должны сначала объяснить разницу между некоторыми терминами, которые часто используются одновременно для описания этого процесса.

Такие термины, как «маркировка» и « травление », часто используются как синонимы для описания двух аналогичных операций по маркировке металла.

Однако между этими двумя процессами есть небольшая, но значительная разница в . Это следует учитывать при выборе подходящего оборудования для вашего приложения.

  • Маркировка создает темный отпечаток на металлической поверхности без изменения ее верхнего слоя. Таким образом, потемневший цветовой тон поверхности - единственное изменение, которое происходит в результате этого процесса.
  • При травлении остается небольшой надрез на поверхности металла, а удаляет часть материала .Полученная марка имеет вид светлый / беловатый .

Подробнее о различиях между электрохимической маркировкой и травлением ЗДЕСЬ.

Почему важна постоянная маркировка металлических деталей и поверхностей?

Металлические детали и машины имеют маркировку и гравировку для прослеживаемость и усиленный брендинг . Сюда входят логотипов, QR-коды, серийные номера, даты и другая информация, относящаяся к промышленному производству.

Отслеживание и идентификация деталей также предписывается законом во все большем числе отраслей.

Маркировка металла также широко применяется при изготовлении ножей , лепке и других формах тонкого мастерства .

Если вы хотите узнать больше о значении электролитической маркировки в различных отраслях и секторах , мы рекомендуем нашу подробную статью ниже:

Применение электролитической маркировки и травления в различных отраслях промышленности - см., Где лучше всего подходит электрохимический процесс

Методы и техника маркировки / травления

Существует несколько различных методов маркировки и травления и техник, доступных профессионалам отрасли.Вот основные из них:

  • ЛАЗЕРНАЯ МАРКИРОВКА И ТРАВЛЕНИЕ

Этот метод включает в себя излучение сфокусированных световых лучей искусственно усиленных для получения желаемых результатов на металлической поверхности.

Машины для лазерной маркировки и травления различаются по размеру и типу - Волокно, Углекислый газ (CO 2 ) и ультрафиолет (УФ) - это лишь некоторые из вариантов.

Все они обеспечивают быстрые, четкие и стабильные результаты на металлических поверхностях. Однако вы также должны быть готовы к значительным капиталовложениям из-за высокой цены на большинство качественных моделей.

  • DOT PEEN (ING) - это в первую очередь процесс гравировки, выполняемый с помощью специального стилуса , который создает на поверхности металла точечный узор / узор .

Щуп управляется пневматически или электромеханически.Метод точечного упрочнения в основном применяется на металлических поверхностях более толстых , где контакт со щупом не вызывает деформации.

Метод обеспечивает постоянные отметки, но не должен использоваться там, где ожидаются ясные и точные результаты.

Струйная маркировка - это процесс печати , который создает полуперманентных меток на металлической поверхности .

Чернила под давлением наносятся на поверхность через специальные сопел , которые контролируются и позиционируются точно для обеспечения надлежащих результатов маркировки с точки зрения разрешения и размера .

В зависимости от качества, машины для струйной маркировки дадут быстрые и приятные результаты. Однако напечатанные знаки склонны к выцветанию и не так долговечны, как знаки, полученные другими методами.

  • ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ МАРКИРОВКА И ТРАВЛЕНИЕ

Электрохимическая маркировка и травление выполняется исключительно на проводящих металлических поверхностях.

Маркировочная головка используется для подачи слабого тока на поверхность металла через трафарет / маску для маркировки , пропитанный электролитной жидкостью .

Темная маркировка и Белое травление результаты достигаются путем переключения между Переменный (AC) и Постоянный (DC) электрический ток - и за счет использования соответствующего маркировочные трафареты.

По сравнению с другими методами, электролитическая маркировка / травление на более гибкая, и в основном выполняется с помощью портативного и доступного по цене оборудования.

Электрохимическая маркировка и травление особенно эффективны на поверхностях из нержавеющей стали .

Нержавеющая сталь широко используется в современной промышленности благодаря своим антикоррозийным свойствам и привлекательному внешнему виду. Детали машин, столовые приборы и кухонная техника - лишь некоторые из наглядных примеров.

Электролитическое травление и маркировка обеспечит быстрых и четких результатов на деталях и готовых изделиях из нержавеющей стали.№ Поверхность искажается даже на очень тонких металлических пластинах.

Процесс электрохимической маркировки / травления

Травление / маркировка на электрохимических станках чрезвычайно проста и состоит всего из нескольких коротких этапов:

  • Трафаретная / маска для печати
  • Подготовка поверхности (быстрая очистка)
  • Нанесение жидкости и позиционирование трафарета
  • Фактическая маркировка / травление с использованием электродной головки
  • Нейтрализация поверхности после маркировки / травления

Как правильно выбрать оборудование для маркировки и травления?

При выборе оборудования для маркировки и травления необходимо учитывать несколько важных факторов:

  • Переносимость оборудования и использование - Потребуется ли вам переносная машина , которую можно легко перемещать и использовать на месте ?
  • Тип материала - Вам нужно маркировать / протравливать только металл ?
  • Стоимость - Сколько денег вы готовы вложить в оборудование?
  • Функциональность - Вам нужно протравить, маркировать или и то, и другое ?
  • Качество - Желательны ли результаты маркировки и травления с высоким разрешением в вашей сфере деятельности?
  • Скорость - Является ли скорость важным фактором для вашего производства?

Вот обзор различных типов оборудования для маркировки и травления с наиболее выдающимися характеристиками.

Электромаркирующие и травильные машины идеально подходят для мастерских, где дополнительное рабочее пространство и повышенная гибкость абсолютно необходимы.

Портативные и легкие - электрохимические системы можно легко перемещать по цеху и даже использовать на месте там, где это необходимо.

Процесс обеспечивает быстрых, четких результатов с высоким разрешением на проводящих металлических поверхностях, особенно на нержавеющей стали .

Рекомендуемое оборудование для электрохимической маркировки и травления

Маркировочные машины

MK12 Маркировочно-травильный станок

MK12 - это легкая портативная электрохимическая система, предназначенная для быстрой, безопасной и неразрушающей маркировки / травления металла.
Машина весит всего 5,47 фунта и упакована в практичный кейс для переноски - идеально подходит для работы в дороге.
MK12 отлично подходит для постоянной маркировки и вытравливания логотипов, номеров моделей, кодов и названий на всех ваших металлических деталях и компонентах.

См. Содержимое стартового пакета MK12 здесь.

Маркировочно-травильная машина Cougartron MK612

MK612 - наша новая маркировочная машина, предназначенная для маркировки больших металлических поверхностей без потери однородности цвета.

Машина обеспечивает быстрых, однородных и последовательных результатов благодаря своей инновационной технологии переменного напряжения .

Набор для травления Cougartron Basic

Машины Cougartron заработали себе имя как быстрые и надежные системы для очистки и пассивации сварных швов.

Однако - с добавлением маркировочной головки и специализированных расходных материалов - наши машины могут быть преобразованы в мощные устройства маркировки и травления .

Посмотрите, как это работает, на видео ниже:

ПРИМЕЧАНИЕ. Если у вас есть машина ProPlus, приобретенная до декабря 2019 г., для маркировки потребуется специальный набор для травления ProPlus. Все новые блоки ProPlus (проданные после ноября 2019 г.) совместимы с базовым набором для травления.

Все компоненты базового набора для травления удобно упакованы в узнаваемый футляр для переноски для работы в дороге.

СМОТРЕТЬ СОДЕРЖАНИЕ ОСНОВНОГО НАБОРА ДЛЯ МАРКИРОВКИ / ТРАВЛЕНИЯ | СМОТРЕТЬ НАШИ ОЧИСТИТЕЛИ ДЛЯ СВАРКИ ЗДЕСЬ

Маркировочные / травильные трафареты и принтеры

Термопринтер TTP-245C с установленным резаком

Этот высокопроизводительный термопринтер позволяет печатать этикетки шириной 4 дюйма со скоростью 6 дюймов в секунду (дюймов в секунду).

Ethernet и USB-подключение включены.

PT-D600VP Принтер этикеток Brother

PT-D600VP - это быстрый и надежный принтер для одноразовых пользовательских трафаретов 0,7–0,9 дюйма. Используйте полноцветный дисплей и удобное программное обеспечение, чтобы легко подготовить трафареты с логотипом и QR-кодом для ваших металлических деталей и компонентов.

PT-H500 Портативный принтер этикеток Brother

Brother PT-H500 - это практичный портативный принтер , предназначенный для производства этикеток и трафаретов для электрохимической маркировки и травления.

PT-800W Принтер этикеток Brother

PT-800W создает четкие трафареты с разрешением 360 точек на дюйм с удивительной скоростью 2,36 дюйма в секунду. В принтере есть удобное и понятное ключевое слово для более эффективной работы.
USB и Wi-Fi подключение, поэтому вы можете печатать трафареты прямо с вашего ПК / ноутбука или интеллектуальных устройств.

Многоразовые трафареты многоразовые

Трафареты для электрохимической маркировки / травления обычно утилизируются после однократного использования.Это потому, что они содержат информацию, уникальную для той металлической детали, на которой они используются. Серийный номер - лишь один из примеров.

Однако, если вам нужно маркировать сотни металлических деталей, используя стандартизированный дизайн и информацию - Cougartron может предоставить прочные трафареты, которые можно использовать до 2000 раз.

Трафареты высокого разрешения изготавливаются в соответствии с индивидуальным дизайном и требованиями проекта.

.

Voltaic Cells - Chemistry LibreTexts

В окислительно-восстановительных реакциях электроны передаются от одного вида к другому. Если реакция спонтанная, высвобождается энергия, которую затем можно использовать для полезной работы. Чтобы использовать эту энергию, реакция должна быть разделена на две отдельные половинные реакции: реакции окисления и восстановления. Реакции помещаются в два разных контейнера, и для перемещения электронов с одной стороны на другую используется проволока. При этом создается вольтово-гальванический элемент .-_ {3 \; (aq)} \) ионы. Ионы NO 3 - (водн.) можно игнорировать, поскольку они являются ионами-наблюдателями и не участвуют в реакции. В этой реакции медный электрод помещают в раствор, содержащий ионы серебра. Ag + (водн.) будет легко окислять Cu (s) , что приводит к Cu 2 + (водн.), , при этом восстанавливаясь до Ag (s) .

Эта реакция высвобождает энергию. Однако когда твердый медный электрод помещают непосредственно в раствор нитрата серебра, энергия теряется в виде тепла и не может использоваться для выполнения работы.Чтобы обуздать эту энергию и использовать ее для полезной работы, мы должны разделить реакцию на две отдельные половинные реакции; Реакции окисления и восстановления. Проволока соединяет две реакции и позволяет электронам перемещаться с одной стороны на другую. При этом мы создали гальванический элемент .

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Гальванический элемент

Гальванический элемент (также известный как гальванический элемент) - это электрохимический элемент, в котором для выработки электричества используются спонтанные окислительно-восстановительные реакции.Он состоит из двух отдельных полуэлементов . Полуячейка состоит из электрода (полоски металла, M) в растворе, содержащем ионы M n + , в котором M - любой произвольный металл. Две полуэлементы связаны между собой проводом, идущим от одного электрода к другому. Соляной мостик также соединяется с полуячейками. Функции этих частей обсуждаются ниже.

Полуэлементы

Половина окислительно-восстановительной реакции происходит в каждой половине ячейки. Таким образом, можно сказать, что в каждой полуячейке происходит полуреакция.Когда две половинки соединяются вместе проволокой и солевым мостиком, создается электрохимическая ячейка.

Электроды

Электрод - это металлическая полоска, на которой происходит реакция. В гальваническом элементе окисление и восстановление металлов происходит на электродах. В гальванической ячейке два электрода, по одному в каждой полуячейке. Катод - это место, где происходит восстановление, а окисление происходит на аноде .

В электрохимии эти реакции проявляются на металлических поверхностях или на электродах . Между металлом и веществами в растворе устанавливается окислительно-восстановительное равновесие. Когда электроды погружаются в раствор, содержащий ионы того же металла, это называется полуячейкой . Электролиты - это ионы в растворе, обычно в жидкости, который проводит электричество за счет ионной проводимости. Между атомами металла на электроде и ионными растворами могут происходить два возможных взаимодействия.

  1. Ион металла M n + из раствора может столкнуться с электродом, получив от него «n» электронов и преобразоваться в атомы металла.Это означает, что ионы восстанавливаются.
  2. Атом металла на поверхности может потерять «n» электронов на электрод и войти в раствор в виде иона M n + , что означает, что атомы металла окисляются.

Когда электрод окисляется в растворе, он называется анодом , а когда электрод восстанавливается в растворе. он называется катодом .

  • Анод : На аноде происходит реакция окисления.Другими словами, здесь металл теряет электроны. В приведенной выше реакции анодом является Cu (s), поскольку его степень окисления увеличивается от 0 до +2.
  • Катод : Катод - это место, где происходит реакция восстановления. Здесь металлический электрод получает электроны. Возвращаясь к приведенному выше уравнению, катодом является Ag, поскольку его степень окисления уменьшается с +1 до 0,
  • .

Вспоминая окисление и восстановление

Когда дело доходит до окислительно-восстановительных реакций, важно понимать, что означает «окисление» или «восстановление» металла.+ _ {(aq)} \) получает электрон, что означает его уменьшение. \ (Cu _ {(s)} \) теряет два электрона, поэтому он окисляется.

Соляной мостик - жизненно важный компонент любого гальванического элемента. Это трубка, заполненная раствором электролита, например KNO 3 (s) или KCl (s) . Назначение солевого мостика - сохранять растворы электрически нейтральными и обеспечивать свободный поток ионов от одной ячейки к другой. Без солевого мостика вокруг электродов будут накапливаться положительные и отрицательные заряды, вызывая остановку реакции.

Назначение солевого мостика - поддерживать электрически нейтральные растворы и обеспечивать свободный поток ионов от одной ячейки к другой.

Поток электронов

Электроны всегда текут от анода к катоду или от полуэлемента окисления к полуэлементу восстановления. С точки зрения ячейки E o полуреакций, электроны будут течь от более отрицательной половины реакции к более положительной половине реакции. Диаграмма ячейки представляет собой изображение электрохимической ячейки.На рисунке ниже показана диаграмма ячеек для гальваники, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {1} \) выше.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Диаграмма ячеек . На рисунке ниже показана диаграмма ячеек для гальваники, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).

При рисовании диаграммы ячеек мы придерживаемся следующих соглашений. Анод всегда располагается на левой стороне , а катод располагается на правой стороне .o_ {cell} \) для гальванической ячейки, образованной каждой реакцией.

Решение

1.a) Ba 2+ (водн.) → Ba (s) + 2e- с SRP (для противоположной реакции) E o = -2,92 В (анод; где происходит окисление)

Cu 2+ (водн.) + 2e- → Cu (s) с SRP E o = +0,340 В (катод; там, где происходит восстановление)

1.b) Al 3+ (водн.) → Al (s) + 3e - с SRP (для противоположной реакции) E o = -1.66 В (анод; где происходит окисление)

Sn 2+ (водн.) + 2e - → Sn (с) с SRP E o = -0,137 В (катод; там, где происходит восстановление)

2.a) Ba 2+ (водн.) | Ba (s) || Cu (s) | Cu 2+ (водн.)

2.b) Al (s) | Al 3+ (водн.) || Sn 2+ (водн.) | Sn (т)

3.а) E o ячейка = 0,34 - (-2,92) = 3,26 В

3.b) E o ячейка = -0,137 - (-1,66) = 1,523 В

Напряжение ячейки / потенциал ячейки

Показания вольтметра дают напряжение ячейки реакции или разность потенциалов между двумя двумя полуячейками. Напряжение ячейки также известно как потенциал ячейки или электродвижущая сила (ЭДС) и обозначается символом \ (E_ {cell} \).о_ {анод} \]

Значения E o сведены в таблицу для всех растворенных веществ при 1 M и всех газов при 1 атм. Эти значения называются стандартными потенциалами восстановления . Каждая полуреакция имеет разный потенциал восстановления, разность двух потенциалов восстановления дает напряжение электрохимической ячейки. Если ячейка E o положительна, реакция является спонтанной, и это гальванический элемент. Если ячейка E o отрицательная, реакция не является спонтанной, и она называется электролитической ячейкой.

Список литературы

  1. Брэди, Джеймс Э., Холум, Джон Р. «Химия: исследование материи и ее изменений», John Wiley & Sons Inc 1993
  2. Браун, Теодор Л., Лемей, Х. Юджин-младший. Третье издание «Химия: центральная наука», Прентис-Холл, Инк. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси 07632 1985
  3. Браун, Теодор Л., Лемей, Х. Юджин-младший, Бурстен, Брюс Э. «Химия: центральная наука», пятое издание, Prentice-Hall, Inc., Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси 07632 1991
  4. Гессер, Хайман Д.«Описательные принципы химии», C.V. Компания Мосби 1974
  5. Харвуд, Уильям, Херринг, Джеффри, Мадура, Джеффри и Петруччи, Ральф, Общая химия: принципы и современные приложения, девятое издание, Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси, Pearson Prentice Hall, 2007.
  6. Петруччи, Ральф Х. Генерическая химия: принципы и современные приложения 9-е изд. Нью-Джерси: Pearson Education Inc. 2007.
  7. Васос Бэзил Х. Электроанитическая химия. Нью-Йорк: Публикация Wiley-Interscience.1983.
  8. Zumdahl, Стивен С. Химия 7-е изд. Нью-Йорк: Компания Houghton Mifflin. 2007.

Авторы и авторство

  • Шамшер Сингх, Дебора Гхо
.

Смотрите также