Kā aprēķināt E šūnu

Elektroķīmiskās šūnas stāsta par to, kā akumulatori uzlādē ķēdes un kā tiek darbinātas elektroniskās ierīces, piemēram, mobilie tālruņi un digitālie pulksteņi. Apskatot E šūnu ķīmiju, elektroķīmisko šūnu potenciālu, jūs atradīsit ķīmiskās reakcijas, kas tos darbina, kas caur ķēdēm sūta elektrisko strāvu. PotenciālsEšūnas var pateikt, kā notiek šīs reakcijas.

•••Syed Hussain Ather

• Manipulējiet ar pusreakcijām, pārkārtojot tās, reizinot ar veselu skaitļu vērtībām, pagriežot elektroķīmiskā potenciāla zīmi un reizinot potenciālu. Noteikti ievērojiet reducēšanas un oksidēšanas noteikumus. Apkopojiet elektroķīmiskos potenciālus katrai pusreakcijai šūnā, lai iegūtu šūnas kopējo elektroķīmisko vai elektromotīvo potenciālu.

Lai aprēķinātuelektromotora potenciāls, kas pazīstams arī kā elektromotora spēka potenciāls (EML), no agalvanisksvai elektriskā šūna, izmantojot E šūnu formulu, aprēķinot E šūnu:

1. Sadaliet vienādojumu pusreakcijās, ja tā vēl nav.
2. Nosakiet, kurš (-ie) vienādojums (-i) ir jāpārvērš vai jāreizina ar veselu skaitli. To var noteikt, vispirms noskaidrojot, kuras pusreakcijas, visticamāk, rodas spontānā reakcijā. Jo mazāks ir reakcijas elektroķīmiskā potenciāla lielums, jo lielāka ir tā iespējamība. Tomēr kopējam reakcijas potenciālam jāpaliek pozitīvam.
   1. Piemēram, puse reakcijas ar elektroķīmisko potenciālu-5 Vbiežāk nekā viens ar potenciālu1 V.​
   2. Kad esat noskaidrojis, kuras reakcijas visticamāk notiks, tās veidos pamatu oksidācijai un reducēšanai, ko izmanto elektroķīmiskajā reakcijā.
3. Apvērsiet vienādojumus un reiziniet abas vienādojumu puses ar veseliem skaitļiem, līdz tie summējas kopējai elektroķīmiskajai reakcijai, un elementi abās pusēs atceļ. Jebkuram vienādojumam, kuru jūs pagriežat, mainiet zīmi. Jebkuram vienādojumam, kuru reizināt ar veselu skaitli, reiziniet potenciālu ar to pašu veselu skaitli.
4. Apkopojiet katras reakcijas elektroķīmiskos potenciālus, vienlaikus ņemot vērā negatīvās pazīmes.

Jūs varat atcerēties E šūnu vienādojuma katoda anodu ar mnemonisks "Red Cat An Ox", kas jums stāstasarkansreakcija notiek piekaķishode unanodavērsisiedomājas.

Piemēram, mums var būt galvaniskā šūna ar līdzstrāvas elektrības avotu. Tas izmanto šādus vienādojumus klasiskajā AA sārma akumulatorā ar atbilstošiem pusreakcijas elektroķīmiskajiem potenciāliem. Aprēķināt e šūnu ir viegli, izmantojotEšūnu vienādojums katodam un anodam.

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

Šajā piemērā pirmais vienādojums apraksta ūdeniH₂Osamazinot, zaudējot protonu (H⁺) veidotOH​^- savukārt magnija oksīdsMnO₂tiek oksidēts, iegūstot protonu (H⁺), lai izveidotu mangāna oksīda hidroksīduMnOOH.Otrais vienādojums apraksta cinkuZnoksidējoties ar diviem hidroksīda joniemOH ^-​ lai izveidotu cinka hidroksīdu Zn (OH)₂ vienlaikus atbrīvojot divus elektronus.​

Lai izveidotu kopējo vēlamo elektroķīmisko vienādojumu, vispirms ņemiet vērā, ka (1) vienādojums ir biežāk sastopams nekā (2) vienādojums, jo tam ir mazāks elektroķīmiskā potenciāla lielums. Šis vienādojums ir ūdens samazinājumsH₂Olai veidotos hidroksīdsOH​^-un magnija oksīda oksidēšanaMnO₂. Tas nozīmē, ka atbilstošajam otrā vienādojuma procesam jāoksidē hidroksīdsOH​^-lai to atgrieztu ūdenīH₂O.Lai to panāktu, jums jāsamazina cinka hidroksīdsZn (OH)₂atpakaļ pie cinkaZn​.

Tas nozīmē, ka otrais vienādojums ir jāpārvērš. Ja jūs to pagriežat un maināt elektroķīmiskā potenciāla zīmi, jūs iegūstatZn (OH)₂(s) + 2e- ​​→​ ​Zn (s) + 2 OH ^-(aq) ​ ar atbilstošu elektroķīmisko potenciāluE^o = -1,221 V.​

Pirms summējat abus vienādojumus kopā, jums jāreizina katrs reaģents un pirmā vienādojuma reizinājums ar vesels skaitlis 2, lai pārliecinātos, ka otrās reakcijas 2 elektroni izlīdzina atsevišķo elektronu no pirmā viens. Tas nozīmē, ka mūsu pirmais vienādojums kļūst par 2MnO₂(s) + 2 H₂O + 2e⁻ → 2MnOOH (s) + 2OH^-(aq)ar elektroķīmisko potenciāluE^o= +0,764 V​

Pievienojiet šos divus vienādojumus un divus elektroķīmiskos potenciālus kopā, lai iegūtu kombinētu reakciju:MnO₂(s) + 2 H₂O +​ ​Zn (OH)₂s) ​​→​ ​ ​​Zn (s) + ​​MnOOH (s)ar elektroķīmisko potenciālu-0,457 V. Ievērojiet, ka, veidojot ECell formulu, 2 hidroksīda joni un 2 elektroni abās pusēs izzūd.

Šie vienādojumi apraksta oksidēšanās un reducēšanās procesus ar daļēji porainu membrānu, ko atdala sāls tilts. Thesāls tiltsir izgatavots no tāda materiāla kā kālija sulfāts, kas kalpo kā n inerts elektrolīts, kas ļauj jonam difundēt visā tā virsmā.

Piekatodi, notiek oksidēšanās vai elektronu zudums, un pieanodinotiek elektronu redukcija vai pieaugums. Jūs to varat atcerēties ar mnemonisko vārdu "OILRIG". Tajā ir teikts, ka "Oksidācija ir zudums" ("EĻĻA") un "Redukcija ir ieguvums" ("RIG"). Elektrolīts ir šķidrums, kas ļauj joniem plūst abās šūnas daļās.

Neaizmirstiet piešķirt prioritāti vienādojumiem un reakcijām, kas, visticamāk, notiks, jo tām ir mazāks elektroķīmiskā potenciāla lielums. Šīs reakcijas veido pamatu galvaniskajām šūnām un visiem to izmantošanas veidiem, un līdzīgas reakcijas var notikt arī bioloģiskā kontekstā. Šūnu membrānas rada transmembrānas elektrisko potenciālu, jo joni pārvietojas pa membrānu un caur elektromotoru ķīmiskajiem potenciāliem.

Piemēram, samazināta nikotinamīda adenīna dinukleotīda (NADH) protonu klātbūtnē (H⁺) un molekulārais skābeklis (O₂) ražo oksidēto kolēģi (NAD⁺) līdzās ūdenim (H₂O) kā daļu no elektronu transporta ķēdes. Tas notiek ar protonuelektroķīmiskais gradientsko izraisa potenciāls ļaut oksidatīvai fosforilācijai notikt mitohondrijos un ražot enerģiju.

TheNernsta vienādojumsļauj aprēķināt elektroķīmisko potenciālu, izmantojot produktu un reaģentu koncentrāciju līdzsvarā ar šūnu potenciālu voltosE​_šūna kā

kurāE​^-_šūna ir redukcijas pusreakcijas potenciāls,Rir universālā gāzes konstante (8,31 J x K − 1 mol − 1​), ​Tir temperatūra Kelvinos,zir reakcijā pārnesto elektronu skaits unJir kopējās reakcijas reakcijas koeficients.

Reakcijas koeficientsJir attiecība, kas ietver produktu un reaģentu koncentrācijas. Par hipotētisko reakciju:aA + bB ⇌ cC + dDar reaģentiemAunB, produktiCunDun atbilstošās veselā skaitļa vērtībasa​, ​b​, ​c, und, reakcijas koeficientsJbūtuQ = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^bar katru iekavās norādīto vērtību kā koncentrāciju, parastimol / L. Jebkuram piemēram, reakcija mēra šo produktu devu reaģentiem.

​Elektrolītiskās šūnasatšķiras no galvaniskajām šūnām ar to, ka elektrības vadīšanai caur ķēdi izmanto ārēju akumulatora avotu, nevis dabisko elektroķīmisko potenciālu. var izmantot elektrodus elektrolīta iekšpusē nespecifiskā reakcijā.

Šajās šūnās atšķirībā no galvanisko elementu sāls tilta tiek izmantots arī ūdens vai izkausēts elektrolīts. Elektrodi sakrīt ar akumulatora pozitīvo spaili, anodu un negatīvo spaili - katodu. Kamēr galvaniskajām šūnām ir pozitīvas EMF vērtības, elektrolītiskajām šūnām ir negatīvas, kas nozīmē, ka galvaniskās šūnas, reakcijas notiek spontāni, kamēr elektrolītiskajām šūnām nepieciešams ārējs spriegums avots.

Līdzīgi galvaniskajām šūnām, jūs varat manipulēt, pagriezt, reizināt un pievienot pusreakcijas vienādojumus, lai iegūtu kopējo elektrolītisko šūnu vienādojumu.