Како израчунати Е ћелију

Електрохемијске ћелије вам говоре о томе како се батерије пуне у круговима и како се напајају електронски уређаји попут мобилних телефона и дигиталних сатова. Истражујући хемију Е ћелија, потенцијал електрохемијских ћелија, пронаћи ћете хемијске реакције које их покрећу и шаљу електричну струју кроз њихове кругове. ПотенцијалЕ.ћелије може вам рећи како се те реакције јављају.

•••Сиед Хуссаин Атхер

• Манипулирајте половичним реакцијама тако што ћете их преуредити, помножити целобројним вредностима, преокренувши знак електрохемијског потенцијала и помноживши потенцијал. Обавезно поштујте правила редукције и оксидације. Зброј електрохемијских потенцијала за сваку половину реакције у ћелији да би се добио укупан електрохемијски или електромоторни потенцијал ћелије.

Да бисте израчуналиелектромоторни потенцијал, такође познат као потенцијал електромоторне силе (ЕМФ), од агалвански, или волтаична ћелија која користи формулу Е ћелије приликом израчунавања Е ћелије:

1. Поделите једначину на пола реакције ако већ није.
2. Утврдите које једначине (једнаџбе), ако постоје, морају бити преокренуте или помножене са целим бројем. То можете утврдити тако што ћете прво утврдити које половине реакција ће се највероватније догодити у спонтаној реакцији. Што је мања величина електрохемијског потенцијала за реакцију, већа је вероватноћа да ће се она догодити. Међутим, укупни потенцијал реакције мора остати позитиван.
   1. На пример, половична реакција са електрохемијским потенцијалом од-5 Ввећа је вероватноћа да ће се догодити од оне са потенцијалом1 В.​
   2. Када утврдите које реакције ће се највероватније догодити, оне ће чинити основу оксидације и редукције коришћене у електрохемијској реакцији.
3. Преокрените једначине и помножите обе стране једначина целобројним бројевима док се не зброје са укупном електрохемијском реакцијом и елементи обе стране се не пониште. За било коју једначину коју окренете обрните знак. За било коју једначину коју помножите са целим бројем, помножите потенцијал са истим целим бројем.
4. Сумирајте електрохемијске потенцијале за сваку реакцију узимајући у обзир негативне знакове.

Можете се сетити катодне аноде једначине Е ћелије с мнемотехником „Ред Цат Ан Ок“ која вам говорицрвенаукција се дешава намачкаходе и тхеанодеволаидизује.

На пример, можемо имати галванску ћелију са једносмерним извором електричне енергије. Користи следеће једначине у класичној АА алкалној батерији са одговарајућим половичним реакционим електрохемијским потенцијалима. Израчунавање е ћелије је једноставно помоћуЕ.једначина ћелије за катоду и аноду.

1. ​МнО₂(с) + Х.₂О + е⁻ → МнООХ (с) + ОХ^-(ак); Е.^о= +0,382 В.​
2. ​Зн (с) + 2 ОХ ^-(ак) ​ → ​Зн (ОХ)₂(с) + 2е-; Е.^о = +1,221 В.

У овом примеру прва једначина описује водуХ.₂О.смањењем губитка протона (Х.⁺) да се формираОХ​^- док магнезијум оксидМнО₂се оксидује добијањем протона (Х.⁺) да настане манганов оксид-хидроксидМнООХ.Друга једначина описује цинкЗнпостајући оксидисан са два хидроксидна јонаОХ ^-​ да се формира цинк хидроксид Зн (ОХ)₂ док се ослобађају два електрона.​

Да бисте формирали укупну електрохемијску једначину коју желимо, прво приметите да је вероватније да ће се догодити једначина (1) него једначина (2), јер има мању величину електрохемијског потенцијала. Ова једначина је смањење водеХ.₂О.да би се створио хидроксидОХ​^-и оксидација магнезијум оксидаМнО₂. То значи да одговарајући поступак друге једначине мора оксидирати хидроксидОХ​^-да се врати у водуХ.₂О.Да бисте то постигли, морате смањити цинков хидроксидЗн (ОХ)₂назад на цинкЗн​.

То значи да се друга једначина мора преокренути. Ако га окренете и промените знак електрохемијског потенцијала, добићетеЗн (ОХ)₂(с) + 2е- ​​→​ ​Зн (с) + 2 ОХ ^-(ак) ​ са одговарајућим електрохемијским потенцијаломЕ.^о = -1,221 В.​

Пре него што сумирате две једначине, морате помножити сваки реактант и производ прве једначине цео број 2 како би се осигурало да 2 електрона друге реакције уравнотеже појединачни електрон из прве једно. То значи да наша прва једначина постаје 2МнО₂(с) + 2 Х₂О + 2е⁻ → 2МнООХ (с) + 2ОХ^-(ак)са електрохемијским потенцијалом одЕ.^о= +0,764 В.​

Саберите ове две једначине и два електрохемијска потенцијала заједно да бисте добили комбиновану реакцију: 2МнО₂(с) + 2 Х₂О +​ ​Зн (ОХ)₂(с) ​​→​ ​ ​​Зн (с) + ​​МнООХ (с)са електрохемијским потенцијалом-0,457 В.. Имајте на уму да се 2 хидроксидна јона и 2 електрона са обе стране поништавају приликом креирања ЕЦелл формуле.

Ове једначине описују процесе оксидације и редукције полупорозном мембраном одвојеном мостом од соли. Тхеслани мостнаправљен је од материјала као што је калијум сулфат који служи као н инертни електролит који омогућава јону да дифузира преко његове површине.

Аткатодедолази до оксидације или губитка електрона и нааноде, долази до смањења или добитка електрона. Тога се можете сетити по мнемотехничкој речи „ОИЛРИГ“. Каже вам да „Оксидација је губитак“ („ОИЛ“) и „Смањење је добит“ („РИГ“). Електролит је течност која пушта јоне да пролазе кроз оба ова дела ћелије.

Не заборавите да дате једначини и реакцијама за које је вероватније да имају приоритет јер имају мању величину електрохемијског потенцијала. Ове реакције чине основу за галванске ћелије и сву њихову употребу, а сличне реакције могу се десити у биолошком контексту. Ћелијске мембране генеришу трансмембрански електрични потенцијал док се јони крећу кроз мембрану и кроз електромоторне хемијске потенцијале.

На пример, конверзија редукованог никотинамид аденин динуклеотида (НАДХ) у присуству протона (Х.⁺) и молекуларни кисеоник (О.₂) производи свој оксидисани парњак (НАД⁺) поред воде (Х.₂О.) као део ланца транспорта електрона. Ово се дешава са протономелектрохемијски градијентузроковане потенцијалом да дозволи да се оксидативна фосфорилација догоди у митохондријима и производи енергију.

ТхеНернстова једначинаомогућава вам израчунавање електрохемијског потенцијала помоћу концентрација производа и реактаната у равнотежи са ћелијским потенцијалом у волтимаЕ.​_ћелија као што

у којимаЕ.​^-_ћелија је потенцијал за редукцију половине реакције,Р.је универзална гасна константа (8,31 Ј к К − 1 мол − 1​), ​Т.је температура у Келвинима,зје број електрона пренетих у реакцији, иКје количник реакције укупне реакције.

Квоцијент реакцијеКје однос који укључује концентрације производа и реактаната. За хипотетичку реакцију:аА + бБ ⇌ цЦ + дДса реактантимаА.иБ., производиЦ.иД., и одговарајуће целобројне вредностиа​, ​б​, ​ц, ид, количник реакцијеКбиК = [Ц]^ц[Д]^д / [А]^а[Б]^бса сваком заобљеном вредношћу као концентрацијом, обично умол / Л.. У сваком случају, реакција мери овај однос производа према реактантима.

​Електролитичке ћелијеразликују се од галванских ћелија по томе што за погон струје кроз коло користе спољни извор батерије, а не природни електрохемијски потенцијал. могу да користе електроде унутар електролита у неспонтаној реакцији.

Ове ћелије такође користе водени или растопљени електролит за разлику од солног моста галванских ћелија. Електроде се подударају са позитивном стезаљком, анодом и негативном стезаљком, катодом батерије. Док галванске ћелије имају позитивне вредности ЕМФ, електролитске ћелије имају негативне, што значи да, нпр галванских ћелија, реакције се јављају спонтано док електролитским ћелијама треба спољни напон извор.

Слично галванским ћелијама, можете манипулисати, преокренути, помножити и додати једначине половине реакције да бисте произвели укупну једначину електролитских ћелија.