E-solun laskeminen

Sähkökemialliset kennot kertovat, kuinka akut lataavat piirejä ja kuinka sähköisiin laitteisiin, kuten matkapuhelimiin ja digitaalisiin kelloihin, kytketään virta. Tarkasteltaessa E-solukemiaa, sähkökemiallisten solujen potentiaalia, löydät niitä käyttävät kemialliset reaktiot, jotka lähettävät sähkövirtaa piiriensä kautta. PotentiaaliEsolun voi kertoa sinulle, miten nämä reaktiot tapahtuvat.

•••Syed Hussain Ather

• Manipuloi puolireaktiot järjestämällä ne uudelleen, kertomalla ne kokonaislukuarvoilla, kääntämällä sähkökemiallisen potentiaalin merkki ja kertomalla potentiaali. Varmista, että noudatat pelkistyksen ja hapettumisen sääntöjä. Yhteenlaskemalla kennon jokaisen puolireaktion sähkökemialliset potentiaalit saadaan kennon sähkökemiallinen tai sähkömoottoripotentiaali.

Laskeasähkömoottoripotentiaali, joka tunnetaan myös nimellä sähkömoottorin voima (EMF), agalvaaninentai voltaic-solu käyttäen E Cell -kaavaa laskettaessa E-solua:

1. Jaa yhtälö puolireaktioihin, jos se ei vielä ole.
instagram story viewer
2. Määritä mikä yhtälö (t), jos niitä on, on käännettävä tai kerrottava kokonaisluvulla. Voit selvittää tämän selvittämällä ensin, mitkä puolireaktiot todennäköisimmin esiintyvät spontaanissa reaktiossa. Mitä pienempi reaktion sähkökemiallisen potentiaalin suuruus, sitä todennäköisemmin se tapahtuu. Kokonaisreaktiopotentiaalin on kuitenkin pysyttävä positiivisena.
   1. Esimerkiksi puolireaktio, jonka sähkökemiallinen potentiaali on-5 Vesiintyy todennäköisemmin kuin potentiaalinen1 V.​
   2. Kun olet määrittänyt todennäköisimmät reaktiot, ne muodostavat perustan sähkökemiallisessa reaktiossa käytetylle hapettumiselle ja pelkistykselle.
3. Käännä yhtälöt ja kerro yhtälöiden molemmat puolet kokonaisluvuilla, kunnes ne summautuvat sähkökemialliseen kokonaisreaktioon ja molemmin puolin olevat elementit poistuvat. Jos käännät yhtälön, käännä merkki. Kerro potentiaali kaikilla yhtälöillä, jotka kerrot kokonaisluvulla.
4. Yhteenveto kunkin reaktion sähkökemiallisista potentiaaleista ottaen samalla huomioon negatiiviset merkit.

Voit muistaa E-soluyhtälön katodianodin muistomerkillä "Red Cat An Ox", joka kertoo sinullepunainenreaktio tapahtuukissahode jaanoodihärkäideoi.

Esimerkiksi meillä voi olla galvaaninen kenno, jossa on tasavirtalähde. Se käyttää seuraavia yhtälöitä klassisessa AA-alkaliparistossa, jolla on vastaavat puolireaktion sähkökemialliset potentiaalit. E-solun laskeminen on helppoaEsolun yhtälö katodille ja anodille.

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

Tässä esimerkissä ensimmäinen yhtälö kuvaa vettäH₂Ovähenee menettämällä protoni (H⁺) muodostamaanVAI NIIN​^- kun taas magnesiumoksidiMnO₂hapetetaan hankkimalla protoni (H⁺) mangaanioksidi-hydroksidin muodostamiseksiMnOOH.Toinen yhtälö kuvaa sinkkiäZnhapetetaan kahdella hydroksidi-ionillaVAI NIIN ^-​ muodostaen sinkkihydroksidia Zn (OH)₂ samalla kun vapauttaa kaksi elektronia.​

Halutessasi muodostaa haluamasi sähkökemiallinen yhtälö ensin, että yhtälö (1) esiintyy todennäköisemmin kuin yhtälö (2), koska sillä on pienempi sähkökemiallisen potentiaalin suuruus. Tämä yhtälö on pelkistys vedelleH₂Ohydroksidin muodostamiseksiVAI NIIN​^-ja magnesiumoksidin hapettuminenMnO₂. Tämä tarkoittaa, että toisen yhtälön vastaavan prosessin on hapettava hydroksidiVAI NIIN​^-palauttaa se takaisin veteenH₂O.Tämän saavuttamiseksi sinun on vähennettävä sinkkihydroksidiaZn (OH)₂takaisin sinkkiinZn​.

Tämä tarkoittaa, että toinen yhtälö on käännettävä. Jos käännät sen ja muutat sähkökemiallisen potentiaalin merkkiä, saatZn (OH)₂+ 2e- ​​→​ ​Zn (t) + 2 OH ^-(aq) ​ vastaavan sähkökemiallisen potentiaalin kanssaE^o = -1,221 V.​

Ennen kuin lasket nämä kaksi yhtälöä yhteen, sinun on kerrottava kukin reaktantti ja ensimmäisen yhtälön tulo luvulla kokonaisluku 2 varmistaaksesi, että toisen reaktion 2 elektronia tasapainottavat yhden elektronin ensimmäisestä yksi. Tämä tarkoittaa, että ensimmäisestä yhtälöstämme tulee 2MnO₂(s) + 2 H₂O + 2e⁻ → 2MnOOH (t) + 2OH^-(aq)jonka sähkökemiallinen potentiaali onE^o= +0,764 V​

Lisää nämä kaksi yhtälöä yhteen ja kaksi sähkökemiallista potentiaalia yhteen saadaksesi yhdistetyn reaktion: 2MnO₂(s) + 2 H₂O +​ ​Zn (OH)₂s ​​→​ ​ ​​Zn (s) + ​​MnOOH (t)sähkökemiallisella potentiaalilla-0,457 V. Huomaa, että 2 hydroksidi-ionia ja 2 elektronia molemmin puolin poistuvat käytöstä luodessaan ECell-kaavaa.

Nämä yhtälöt kuvaavat hapetus- ja pelkistysprosesseja puolihuokoisella kalvolla, joka on erotettu suolasillalla.suola siltaon valmistettu materiaalista, kuten kaliumsulfaatista, joka toimii n inertinä elektrolyytinä, joka antaa ionin diffundoitua pinnansa yli.

Kohteessakatodit, hapettumista tai elektronihäviöitä tapahtuu jaanodit, elektronien pelkistys tai vahvistus tapahtuu. Voit muistaa tämän muistisanalla "OILRIG". Se kertoo sinulle, että "Hapetus on menetystä" ("ÖLJY") ja "Vähennys on voittoa" ("RIG"). Elektrolyytti on neste, joka antaa ionien virrata kennon molempien osien läpi.

Muista priorisoida yhtälöt ja reaktiot, jotka todennäköisemmin tapahtuvat, koska niillä on pienempi sähkökemiallisen potentiaalin suuruus. Nämä reaktiot muodostavat pohjan galvaanisille soluille ja kaikille niiden käyttötarkoituksille, ja vastaavia reaktioita voi esiintyä biologisissa yhteyksissä. Solukalvot tuottavat transmembraanista sähköpotentiaalia, kun ionit liikkuvat kalvon poikki ja sähkömoottoristen kemiallisten potentiaalien läpi.

Esimerkiksi pelkistetyn nikotiiniamidiadeniinidinukleotidin (NADH) protonien läsnä ollessa (H⁺) ja molekyylihappi (O₂) tuottaa hapettuneen vastineensa (NAD⁺) veden rinnalla (H₂O) osana elektroninsiirtoketjua. Tämä tapahtuu protonin kanssasähkökemiallinen gradienttijohtuu mahdollisuudesta antaa oksidatiivisen fosforylaation tapahtua mitokondrioissa ja tuottaa energiaa.

Nernstin yhtälövoit laskea sähkökemiallisen potentiaalin käyttämällä tuotteiden ja reagenssien pitoisuuksia tasapainossa solupotentiaalin kanssa voltteinaE​_solu kuten

jossaE​^-_solu on pelkistyspuoliskoreaktion mahdollisuus,Ron yleinen kaasuvakio (8,31 J x K − 1 mol − 1​), ​Ton lämpötila Kelvineinä,zon reaktiossa siirtyneiden elektronien lukumäärä jaQon reaktion osamäärä kokonaisreaktiosta.

Reaktion osamääräQon suhde, johon sisältyy tuotteiden ja reagenssien pitoisuuksia. Hypoteettinen reaktio:aA + bB ⇌ cC + dDreagoivien aineiden kanssaAjaB, TuotteetCjaD.ja vastaavat kokonaislukuarvota​, ​b​, ​cjad, reaktion osamääräQolisiQ = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^bkunkin suluissa olevan arvon pitoisuutena, yleensämol / l. Esimerkiksi reaktio mittaa tämän tuotteiden annoksen reagoiviksi aineiksi.

​Elektrolyyttikennoteroavat galvaanisista kennoista siinä, että ne käyttävät ulkoista akkulähdettä, ei luonnollista sähkökemiallista potentiaalia, sähkön ohjaamiseksi piirin läpi. Voi käyttää elektrolyytin sisällä olevia elektrodeja ei-spontaanissa reaktiossa.

Nämä solut käyttävät myös vesipitoista tai sulaa elektrolyyttiä, toisin kuin galvaanisten kennojen suolasilta. Elektrodit vastaavat akun positiivista napaa, anodia ja negatiivista napaa, katodia. Vaikka galvaanisilla kennoilla on positiiviset EMF-arvot, elektrolyysikennoilla on negatiiviset, mikä tarkoittaa sitä, että galvaanikennot, reaktiot tapahtuvat spontaanisti, kun taas elektrolyyttikennot vaativat ulkoista jännitettä lähde.

Samoin kuin galvaanisilla soluilla, voit manipuloida, kääntää, kertoa ja lisätä puolireaktioyhtälöt elektrolyysikennojen kokonaisyhtälön tuottamiseksi.