Hogyan számoljuk ki az E cellát

Az elektrokémiai cellák elmondják, hogy az akkumulátorok hogyan töltik az áramköröket, és hogyan táplálják az elektronikus eszközöket, például a mobiltelefonokat és a digitális órákat. Az E-sejtek kémiáját, az elektrokémiai cellák potenciálját vizsgálva megtalálhatja azokat kémiai reakciókat, amelyek elektromos áramot küldenek áramköreiken keresztül. A potenciálEegy sejt megmondhatja, hogy ezek a reakciók hogyan fordulnak elő.

•••Syed Hussain Ather

• Manipulálja a félreakciókat úgy, hogy átrendezi őket, megszorozza őket egész értékekkel, megfordítja az elektrokémiai potenciál előjelét és megszorozza a potenciált. Ügyeljen arra, hogy betartsa a redukció és az oxidáció szabályait. Összegezze az egyes sejtek reakcióinak felét az elektrokémiai potenciálokkal, hogy megkapja a sejt teljes elektrokémiai vagy elektromotoros potenciálját.

Aelektromotoros potenciál, más néven az elektromotoros erő potenciálja (EMF), agalvanikusvagy Voltaic cellát használva az E Cell képlettel az E Cell kiszámításakor:

1. Ossza fel az egyenletet félreakciókra, ha még nem.
2. Határozza meg, hogy mely egyenlet (ek) et kell átfordítani vagy szorozni egész számmal. Ezt úgy határozhatja meg, hogy először kitalálja, melyik félreakció fordul elő legvalószínűbben egy spontán reakció során. Minél kisebb a reakció elektrokémiai potenciáljának mértéke, annál valószínűbb, hogy ez bekövetkezik. Az általános reakciópotenciálnak azonban pozitívnak kell maradnia.
   1. Például egy fél reakció elektrokémiai potenciállal-5 Vvalószínűbb, mint a potenciális1 V.​
   2. Miután meghatározta, melyek a legvalószínűbb reakciók, ezek képezik majd az elektrokémiai reakcióban alkalmazott oxidáció és redukció alapját.
3. Fordítsa meg az egyenleteket, és szorozza meg az egyenletek mindkét oldalát egész számokkal, amíg összeadódnak a teljes elektrokémiai reakcióval, és a mindkét oldalon lévő elemek ki nem szűnnek. Bármelyik egyenlet esetén, fordítsa meg a jelet. Bármely egyenlet esetén, amelyet megszoroz egy egész számmal, szorozza meg a potenciált ugyanazzal az egész számmal.
4. Foglalja össze az egyes reakciók elektrokémiai potenciáljait, a negatív jelek figyelembevétele mellett.

Emlékezhet az E sejtegyenlet katód anódjára a mnemonikus "Red Cat An Ox" -nel, amely elmondjapirosreakció következik be amacskahode és aanódaökörelképzel.

Például rendelkezhetünk egy galvanikus cellával, amelynek egyenáramú elektromos áramforrása van. A következő egyenleteket használja egy klasszikus AA alkáli elemben, megfelelő félreakciós elektrokémiai potenciállal. Az e cella kiszámítása egyszerű aEsejtegyenlet a katódra és az anódra.

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

Ebben a példában az első egyenlet a vizet írja leH₂Oproton elvesztésével csökken (H⁺) alkotnakOH​^- míg a magnézium-oxidMnO₂proton nyerésével oxidálódik (H⁺) mangán-oxid-hidroxid képződéséhezMnOOH.A második egyenlet a cinket írja leZnkét hidroxidionnal oxidálódikOH ^-​ cink-hidroxid Zn (OH) képződéséhez₂ miközben két elektron szabadul fel.​

A kívánt elektrokémiai egyenlet kialakításához először meg kell jegyeznünk, hogy az (1) egyenlet nagyobb valószínűséggel fordul elő, mint a (2) egyenlet, mert kisebb az elektrokémiai potenciál nagysága. Ez az egyenlet a víz redukciójaH₂Ohogy hidroxidot képezzenOH​^-és a magnézium-oxid oxidációjaMnO₂. Ez azt jelenti, hogy a második egyenlet megfelelő folyamatának oxidálnia kell a hidroxidotOH​^-hogy visszaállítsa a vízbeH₂O.Ennek eléréséhez csökkentenie kell a cink-hidroxidotZn (OH)₂vissza a cinkhezZn​.

Ez azt jelenti, hogy a második egyenletet át kell fordítani. Ha megfordítja és megváltoztatja az elektrokémiai potenciál előjelét, akkor megkapjaZn (OH)₂+ 2e- ​​→​ ​Zn (s) + 2 OH ^-(aq) ​ megfelelő elektrokémiai potenciállalE^o = -1,221 V.​

Mielőtt összegezné a két egyenletet, meg kell szorozni az első egyenlet minden egyes reagensét és szorzatát az egész 2, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a második reakció 2 elektronja kiegyensúlyozza az egyetlen elektront az elsőből egy. Ez azt jelenti, hogy az első egyenletünk 2 leszMnO₂(s) + 2H₂O + 2e⁻ → 2MnOOH (ok) + 2OH^-(aq)elektrokémiai potenciállalE^o= +0,764 V​

Összeadva ezt a két egyenletet és a két elektrokémiai potenciált együtt kapjuk a kombinált reakciót:MnO₂(s) + 2H₂O +​ ​Zn (OH)₂s ​​→​ ​ ​​Zn (s) + ​​MnOOHelektrokémiai potenciállal-0,457 V. Vegye figyelembe, hogy az ECell képlet létrehozásakor a 2 hidroxidion és a két elektron mindkét oldalon megszűnik.

Ezek az egyenletek egy sóhíddal elválasztott félporózus membrán oxidációs és redukciós folyamatait írják le. Asóhídolyan anyagból készül, mint a kálium-szulfát, amely n inert elektrolitként szolgál, és az ion diffundálódik a felületén.

Akatódok, oxidáció vagy elektronveszteség következik be, és aanódok, az elektronok redukciója vagy nyeresége lép fel. Erre emlékezhet az "OILRIG" mnemonikus szóval. Azt mondja, hogy az "Oxidáció veszteség" ("OIL") és a "Redukció nyereség" ("RIG"). Az elektrolit az a folyadék, amely lehetővé teszi az ionok áramlását a sejt mindkét részén.

Ne felejtse el rangsorolni azokat az egyenleteket és reakciókat, amelyek nagyobb valószínűséggel fordulnak elő, mivel azok kisebb elektrokémiai potenciállal rendelkeznek. Ezek a reakciók képezik a galvánsejtek és minden felhasználásuk alapját, és hasonló reakciók fordulhatnak elő biológiai összefüggésekben is. A sejtmembránok transzmembrán elektromos potenciált generálnak, amikor az ionok a membránon és az elektromotoros kémiai potenciálokon keresztül mozognak.

Például a redukált nikotinamid-adenin-dinukleotid (NADH) protonok jelenlétében (H⁺) és a molekuláris oxigén (O₂) előállítja oxidált párját (NAD⁺) a víz mellett (H₂O) az elektronszállítási lánc részeként. Ez egy protonnal fordul előelektrokémiai gradiensokozza az oxidatív foszforilációnak a mitokondriumokban történő bekapcsolódásának és az energiatermelésnek a lehetősége.

ANernst-egyenletsegítségével kiszámíthatja az elektrokémiai potenciált a termékek és a reagensek koncentrációjának felhasználásával az egyensúlyban a sejtpotenciállal voltbanE​_sejt mint

amibenE​^-_sejt a redukciós félreakció lehetősége,Raz univerzális gázállandó (8,31 J x K − 1 mol − 1​), ​Ta hőmérséklet Kelvinsben,za reakcióban átvitt elektronok száma, ésQa teljes reakció reakció hányadosa.

A reakció hányadosaQa termékek és a reagensek koncentrációját magában foglaló arány. A hipotetikus reakcióhoz:aA + bB ⇌ cC + dDreagensekkelAésB, TermékekCésD, és a megfelelő egész számoka​, ​b​, ​c, ésd, a reakció hányadosaQlenneQ = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^baz egyes zárójeles értékek koncentrációként, általábanmol / L. Például a reakció méri ezt a termék és a reagens arányát.

​Elektrolitikus cellákabban különböznek a galvánelemektől, hogy külső áramforrást használnak, nem pedig a természetes elektrokémiai potenciált, hogy áramot vezessenek az áramkörön. az elektrolit belsejében lévő elektródákat nempontpontos reakcióban alkalmazhatja.

Ezek a cellák vizes vagy olvadt elektrolitot is használnak, ellentétben a galvanikus cellák sóhídjával. Az elektródák megegyeznek az akkumulátor pozitív kivezetésével, az anóddal és a negatív kivezetéssel, a katóddal. Míg a galváncellák pozitív EMF-értékekkel rendelkeznek, addig az elektrolitikus cellák negatívak, ami azt jelenti, hogy galvánelemek, a reakciók spontán módon zajlanak, míg az elektrolitikus cellákhoz külső feszültségre van szükség forrás.

A galvanikus cellákhoz hasonlóan manipulálhatja, megfordíthatja, szorozhatja és összeadhatja a fél reakcióegyenleteket, így előállíthatja a teljes elektrolitikus sejtegyenletet.