Jak vypočítat E buňku

Elektrochemické články vám řeknou, jak baterie nabíjejí obvody a jak jsou napájena elektronická zařízení, jako jsou mobilní telefony a digitální hodinky. Při pohledu na chemii E buněk, potenciál elektrochemických článků, najdete chemické reakce, které je pohánějí a vysílají elektrický proud přes jejich obvody. PotenciálEbuňky vám může říci, jak k těmto reakcím dochází.

•••Syed Hussain Ather

• Manipulujte s polovičními reakcemi jejich přeskupením, vynásobením celočíselnými hodnotami, převrácením znaménka elektrochemického potenciálu a vynásobením potenciálu. Dodržujte pravidla redukce a oxidace. Sečtěte elektrochemické potenciály pro každou poloviční reakci v článku, abyste získali celkový elektrochemický nebo elektromotorický potenciál článku.

Pro výpočetelektromotorický potenciál, známý také jako potenciál elektromotorické síly (EMF), agalvanické, nebo galvanický článek pomocí vzorce E Cell při výpočtu E Cell:

1. Pokud ještě není, rozdělte rovnici na poloviční reakce.
2. Určete, které rovnice, pokud existují, musí být převráceny nebo vynásobeny celým číslem. Můžete to určit tak, že nejprve zjistíte, které poloviční reakce se s největší pravděpodobností vyskytnou při spontánní reakci. Čím menší je velikost elektrochemického potenciálu pro reakci, tím je pravděpodobnější, že k ní dojde. Celkový reakční potenciál však musí zůstat pozitivní.
   instagram story viewer
   1. Například poloviční reakce s elektrochemickým potenciálem-5 Vje pravděpodobnější než u potenciálního1 V.​
   2. Když určíte, ke kterým reakcím s největší pravděpodobností dojde, budou tvořit základ oxidace a redukce použité v elektrochemické reakci.
3. Překlopte rovnice a vynásobte obě strany rovnic celočíselnými čísly, dokud se nesčítají s celkovou elektrochemickou reakcí a prvky na obou stranách se nezruší. U jakékoli rovnice, kterou otočíte, otočte znaménko. U jakékoli rovnice, kterou vynásobíte celým číslem, vynásobte potenciál stejným celým číslem.
4. Shrňte elektrochemické potenciály pro každou reakci při zohlednění negativních znaků.

Můžete si vzpomenout na katodovou anodu rovnice E buněk pomocí mnemotechnické pomůcky „Red Cat An Ox“, která vám to řekneČervenénastává ukočkahode aanódavůlpředstavuje.

Například můžeme mít galvanický článek se zdrojem stejnosměrného elektrického proudu. V klasické alkalické baterii AA s odpovídajícími poloviční reakčními elektrochemickými potenciály používá následující rovnice. Výpočet e buňky je snadný pomocíEbuněčná rovnice pro katodu a anodu.

1. ​MnO₂(s) + H₂O + e⁻ → MnOOH (s) + OH^-(aq); E^Ó= +0,382 V.​
2. ​Zn (s) + 2 OH ^-(aq) ​ → ​Zn (OH)₂(s) + 2e-; E^Ó = +1,221 V

V tomto příkladu první rovnice popisuje voduH₂Óbýt redukován ztrátou protonu (H⁺) tvořitACH​^- zatímco oxid hořečnatýMnO₂oxiduje získáním protonu (H⁺) za vzniku oxidu manganatého-hydroxiduMnOOH.Druhá rovnice popisuje zinekZnoxiduje se dvěma hydroxidovými iontyACH ^-​ za vzniku hydroxidu zinečnatého Zn (OH)₂ zatímco uvolňuje dva elektrony.​

Chcete-li vytvořit celkovou požadovanou elektrochemickou rovnici, nejprve si všimněte, že je pravděpodobnější, že se vyskytne rovnice (1) než rovnice (2), protože má nižší velikost elektrochemického potenciálu. Tato rovnice je redukcí vodyH₂Óza vzniku hydroxiduACH​^-a oxidace oxidu hořečnatéhoMnO₂. To znamená, že odpovídající proces druhé rovnice musí oxidovat hydroxidACH​^-vrátit ji zpět do vodyH₂O.Abyste toho dosáhli, musíte snížit hydroxid zinečnatýZn (OH)₂zpět na zinekZn​.

To znamená, že druhá rovnice musí být převrácena. Pokud jej otočíte a změníte znaménko elektrochemického potenciálu, získáteZn (OH)₂(s) + 2e- ​​→​ ​Zn (s) + 2 OH ^-(aq) ​ s odpovídajícím elektrochemickým potenciálemE^Ó = -1,221 V.​

Před sečtením těchto dvou rovnic musíte vynásobit každou reaktantu a součin první rovnice celé číslo 2, aby se ujistil, že 2 elektrony druhé reakce vyvažují jeden elektron z prvního jeden. To znamená, že naše první rovnice bude 2MnO₂(s) + 2 H₂O + 2e⁻ → 2MnOOH (s) + 2OH^-(aq)s elektrochemickým potenciálemE^Ó= +0,764 V.​

Přidejte tyto dvě rovnice dohromady a dva elektrochemické potenciály dohromady, abyste získali kombinovanou reakci: 2MnO₂(s) + 2 H₂O +​ ​Zn (OH)₂(s) ​​→​ ​ ​​Zn (s) + ​​MnOOHs elektrochemickým potenciálem-0,457 V. Pamatujte, že 2 hydroxidové ionty a 2 elektrony na obou stranách se při vytváření vzorce ECell ruší.

Tyto rovnice popisují procesy oxidace a redukce pomocí semi-porézní membrány oddělené solným můstkem. Thesolný mostje vyroben z materiálu, jako je síran draselný, který slouží jako n inertní elektrolyt, který umožňuje iontu difundovat po jeho povrchu.

Nakatodydochází k oxidaci nebo ztrátě elektronů a naanodydochází k redukci nebo zisku elektronů. Můžete si to pamatovat mnemotechnickým slovem „OILRIG“. Říká vám, že „Oxidace je ztracena“ („OIL“) a „Redukce je zisk“ („RIG“). Elektrolyt je kapalina, která umožňuje iontům protékat oběma těmito částmi článku.

Nezapomeňte upřednostnit rovnice a reakce, u nichž je větší pravděpodobnost, že nastanou, protože mají nižší velikost elektrochemického potenciálu. Tyto reakce tvoří základ pro galvanické články a všechna jejich použití a podobné reakce mohou nastat v biologických kontextech. Buněčné membrány generují transmembránový elektrický potenciál při pohybu iontů přes membránu a přes elektromotorické chemické potenciály.

Například přeměna redukovaného nikotinamidu adenin dinukleotidu (NADH) v přítomnosti protonů (H⁺) a molekulární kyslík (Ó₂) vyrábí svůj oxidovaný protějšek (NAD⁺) vedle vody (H₂Ó) jako součást řetězce přenosu elektronů. K tomu dochází u protonuelektrochemický gradientzpůsobeno potenciálem nechat v mitochondriích dojít k oxidativní fosforylaci a produkovat energii.

TheNernstova rovniceumožňuje vypočítat elektrochemický potenciál pomocí koncentrací produktů a reaktantů v rovnováze s potenciálem buněk ve voltechE​_buňka tak jako

ve kterémE​^-_buňka je potenciál pro redukční poloviční reakci,Rje univerzální plynová konstanta (8,31 J x K − 1 mol − 1​), ​Tje teplota v Kelvinech,zje počet elektronů přenesených v reakci aQje reakční kvocient celkové reakce.

Reakční kvocientQje poměr zahrnující koncentrace produktů a reaktantů. Pro hypotetickou reakci:aA + bB ⇌ cC + dDs reaktantyAaB, produktyCaDa odpovídající celočíselné hodnotyA​, ​b​, ​C, ad, reakční kvocientQbylo byQ = [C]^C[D]^d / [A]^A[B]^bs každou závorkou jako koncentrací, obvykle vmol / l. V každém případě reakce měří tuto dávku produktů na reaktanty.

​Elektrolytické článkyse od galvanických článků liší tím, že k napájení elektřiny obvodem používají externí bateriový zdroj, nikoli přirozený elektrochemický potenciál. může používat elektrody uvnitř elektrolytu v spontánní reakci.

Tyto články také používají vodný nebo roztavený elektrolyt na rozdíl od solného můstku galvanických článků. Elektrody odpovídají kladnému pólu baterie, anodě a zápornému pólu baterie. Zatímco galvanické články mají kladné hodnoty EMF, elektrolytické články mají záporné, což znamená, že např galvanické články, reakce probíhají spontánně, zatímco elektrolytické články vyžadují externí napětí zdroj.

Podobně jako u galvanických článků můžete manipulovat, převracet, násobit a přidávat poloviční reakční rovnice, abyste vytvořili celkovou rovnici elektrolytických článků.