Kako izračunati celico E

Elektrokemijske celice vam povedo o tem, kako baterije polnijo vezja in kako se napajajo elektronske naprave, kot so mobilni telefoni in digitalne ure. Če pogledamo kemijo E celic, potencial elektrokemijskih celic, bomo ugotovili, da jih poganjajo kemične reakcije, ki pošiljajo električni tok skozi njihova vezja. PotencialEcelice vam lahko pove, kako se te reakcije pojavijo.

•••Syed Hussain Ather

• Manipulirajte s polovičnimi reakcijami tako, da jih prerazporedite, pomnožite s celoštevilnimi vrednostmi, obrnete znak elektrokemičnega potenciala in pomnožite potencial. Upoštevajte pravila redukcije in oksidacije. Seštejte elektrokemične potenciale za vsako polovično reakcijo v celici, da dobite celotni elektrokemični ali elektromotorni potencial celice.

Za izračunelektromotorni potencial, znan tudi kot potencial elektromotorne sile (EMF), od agalvanskoali voltaična celica z uporabo formule E Cell pri izračunu E Cell:

1. Enačbo razdelite na polovične reakcije, če še ni.
2. Ugotovite, katere enačbe, če obstajajo, je treba obrniti ali pomnožiti s celim številom. To lahko ugotovite tako, da najprej ugotovite, katera polovica reakcij se najverjetneje pojavi v spontani reakciji. Manjša kot je velikost elektrokemijskega potenciala za reakcijo, večja je verjetnost, da se bo pojavila. Vendar mora splošni reakcijski potencial ostati pozitiven.
   instagram story viewer
   1. Na primer, polovična reakcija z elektrokemijskim potencialom-5 Vje bolj verjetno, da se bo pojavil kot tisti s potencialom1 V.​
   2. Ko določite, katere reakcije se bodo najverjetneje pojavile, bodo osnova za oksidacijo in redukcijo, uporabljene v elektrokemični reakciji.
3. Preklopite enačbe in pomnožite obe strani enačb s celoštevilskimi števili, dokler ne seštejejo do celotne elektrokemične reakcije in elementi na obeh straneh ne izginejo. Za vsako enačbo, ki jo obrnete, obrnite znak. Za vsako enačbo, ki jo pomnožite s celim številom, pomnožite potencial z istim celim številom.
4. Seštejte elektrokemične potenciale za vsako reakcijo ob upoštevanju negativnih znakov.

Lahko se spomnite katodne anode enačbe E celice z mnemo "Red Cat An Ox", ki vam poverdečaukcija se zgodi namačkahode inanodevolidizira.

Na primer, imamo lahko galvansko celico z enosmernim izvorom električne energije. V klasični alkalni bateriji AA z ustreznimi polovičnimi reakcijskimi elektrokemičnimi potenciali uporablja naslednje enačbe. Izračun e celice je enostaven z uporaboEcelična enačba za katodo in anodo.

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

V tem primeru prva enačba opisuje vodoH₂Ozmanjšanje z izgubo protona (H⁺) oblikovatiOH​^- medtem ko magnezijev oksidMnO₂oksidira s pridobivanjem protona (H⁺), da nastane manganov oksid-hidroksidMnOOH.Druga enačba opisuje cinkZnoksidira z dvema hidroksidnima ionomaOH ^-​ da nastane cinkov hidroksid Zn (OH)₂ medtem ko sprošča dva elektrona.​

Za oblikovanje celotne elektrokemične enačbe, ki jo želimo, najprej opazite, da je verjetnost, da se bo pojavila enačba (1), večja kot enačba (2), ker ima nižjo velikost elektrokemičnega potenciala. Ta enačba je zmanjšanje vodeH₂Oda nastane hidroksidOH​^-in oksidacija magnezijevega oksidaMnO₂. To pomeni, da mora ustrezni postopek druge enačbe oksidirati hidroksidOH​^-da ga vrnemo nazaj v vodoH₂O.Da bi to dosegli, morate zmanjšati cinkov hidroksidZn (OH)₂nazaj k cinkuZn​.

To pomeni, da je treba drugo enačbo obrniti. Če ga obrnete in spremenite znak elektrokemičnega potenciala, dobiteZn (OH)₂(s) + 2e- ​​→​ ​Zn (s) + 2 OH ^-(aq) ​ z ustreznim elektrokemijskim potencialomE^o = -1,221 V.​

Preden seštejete obe enačbi, morate pomnožiti vsak reaktant in zmnožek prve enačbe z celo število 2, da zagotovimo, da 2 elektrona druge reakcije uravnovesita posamezni elektron iz prvega eno. To pomeni, da naša prva enačba postane 2MnO₂(s) + 2 H₂O + 2e⁻ → 2MnOOH (s) + 2OH^-(aq)z elektrokemijskim potencialomE^o= +0,764 V​

Seštejte ti dve enačbi in dva elektrokemična potenciala skupaj, da dobite kombinirano reakcijo: 2MnO₂(s) + 2 H₂O +​ ​Zn (OH)₂(s) ​​→​ ​ ​​Zn (s) + ​​MnOOHz elektrokemijskim potencialom-0,457 V. Upoštevajte, da 2 hidroksidna iona in 2 elektrona na obeh straneh izgineta pri ustvarjanju formule ECell.

Te enačbe opisujejo postopke oksidacije in redukcije s polporozno membrano, ločeno s solnim mostom. Thesolni mostje izdelan iz materiala, kot je kalijev sulfat, ki služi kot n inertni elektrolit, ki prepušča ionu, da difundira po njegovi površini.

Prikatode, pride do oksidacije ali izgube elektronov in prianode, pride do zmanjšanja ali pridobivanja elektronov. Tega se lahko spomnite z mnemonično besedo "OILRIG." Pove vam, da "Oksidacija je izguba" ("OIL") in "Zmanjšanje je pridobljeno" ("RIG"). Elektrolit je tekočina, ki pušča ione, da tečejo skozi oba dela celice.

Ne pozabite dati prednost enačbam in reakcijam, za katere je verjetneje, da imajo manjši obseg elektrokemičnega potenciala. Te reakcije tvorijo osnovo za galvanske celice in vse njihove uporabe, podobne reakcije pa se lahko pojavijo v biološkem kontekstu. Celične membrane ustvarjajo transmembranski električni potencial, ko se ioni premikajo čez membrano in skozi elektromotorne kemične potenciale.

Na primer, pretvorba reduciranega nikotinamid adenin dinukleotida (NADH) v prisotnosti protonov (H⁺) in molekularni kisik (O₂) proizvaja oksidirano kolegico (NAD⁺) ob vodi (H₂O) kot del verige prenosa elektronov. To se zgodi s protonomelektrokemični gradientki ga povzroča možnost, da v mitohondrijih pride do oksidativne fosforilacije in proizvaja energijo.

TheNernstova enačbaomogoča izračun elektrokemičnega potenciala z uporabo koncentracij produktov in reaktantov v ravnotežju s celičnim potencialom v voltihE​_celica kot

v kateriE​^-_celica je potencial za zmanjšanje polovične reakcije,Rje univerzalna plinska konstanta (8,31 J x K − 1 mol − 1​), ​Tje temperatura v Kelvinih,z- število elektronov, prenesenih v reakciji, inVje reakcijski količnik celotne reakcije.

Kvocient reakcijeVje razmerje, ki vključuje koncentracije produktov in reaktantov. Za hipotetično reakcijo:aA + bB ⇌ cC + dDz reaktantiAinB, izdelkiCinDin ustrezne celoštevilske vrednostia​, ​b​, ​c, ind, reakcijski količnikVbi biloQ = [C]^c[D]^d / [A]^a[B]^bz vsako vrednostjo v oklepajih kot koncentracijo, običajno vmol / L. Kakor koli, reakcija meri ta delež produktov na reaktante.

​Elektrolitske celicese od galvanskih celic razlikujejo po tem, da za pogon električne energije po vezju uporabljajo zunanji vir baterije, ne pa naravni elektrokemijski potencial. lahko uporablja elektrode v elektrolitu v nečasni reakciji.

Te celice v nasprotju s solnim mostom galvanskih celic uporabljajo tudi vodni ali staljeni elektrolit. Elektrode se ujemajo s pozitivnim priključkom, anodo in negativnim priključkom, katodo akumulatorja. Medtem ko imajo galvanske celice pozitivne vrednosti EMF, imajo elektrolitske celice negativne, kar pomeni, da za galvanskih celic reakcije nastanejo spontano, medtem ko elektrolitske celice zahtevajo zunanjo napetost vir.

Podobno kot galvanske celice lahko manipulirate, obračate, množite in dodajate polovične reakcijske enačbe, da dobite splošno enačbo elektrolitskih celic.