Galvanické pokovovanie. Elektrochémia B. Lukas Woolley, Rafael Adamek, Peter Krack. 24. februára ETH Zürich

Elektrochemie B Lukas Woolley Rafael Adamek Peter Krack ETH Zürich 24. februára 2017

woolley

Elektrolýzny článok + - e e anódová katóda e Cu CuSO 4 Cu 2+ Cu 2+ e

Typy článkov možno rozdeliť na dva typy článkov: Galvanický článok: Elektrinu generujú chemicky odlišné elektródy. Elektrolýzny článok: látky sa získavajú pôsobením napätia.

Štruktúra Soľný most Zn ZnSO 4 roztok Cu CuSO 4 roztok Obrázok: Schematická štruktúra galvanického článku. Elektróny prúdia z anódy do katódy. Meď sa redukuje a zinok sa oxiduje.

Funkcia galvanického článku Redoxná reakcia prebieha spontánne. Uvoľnená energia sa môže premeniť priamo na elektrinu. V galvanickom článku sa to deje prostredníctvom priestorového oddelenia reakčných partnerov. Pre článok z obrázku 1 je oxidačno-redukčný proces taký, že: Cu 2+ + 2e Cu (y) (3) pre katódu.

Schéma článku Celý elektrochemický článok je možné opísať bunkovým diagramom Zn (s) Zn 2+ (aq) .cu 2+ (aq) Cu (s) (4), kde fázová hranica popisuje a. soľný most. Dôležité: Spontánny proces sa číta zľava doprava.

Elektromotorická sila Elektromotorická sila (EMF) spôsobuje, že elektróny sa pohybujú z jednej elektródy na druhú. EMF galvanického článku je napätie a nazýva sa tiež E článok bunky napätia. EMF možno vypočítať pomocou rozdielu medzi potenciálmi polčlánkov: E = E katóda E anóda (5) Pre každú poločlánok je možné vypočítať poločlánkové potenciály pomocou Nernstovej rovnice: E = E 0 + RT z F ln (a (me 2+) ) (6) kde a (me 2+) je aktivita kovových iónov v roztoku.

Štandardné poločlánkové potenciály Polcelulárne potenciály nie je možné merať individuálne. Preto bola štandardnej vodíkovej elektróde priradený redukčný potenciál 0 V. 2H + (aq) + 2e H 2 (g) ERed 0 = 0,0 V (7) Štandardné redukčné potenciály bežných redoxných párov možno nájsť v elektrochemickej sérii.

Spontánna reakcia? Bunka potenciálneho rozdielu E priamo súvisí so zmenou voľnej entalpie G. G = zfe bunka (8), kde z je počet elektrónov v móle, ktoré sa prenášajú, a F je Faradayova konštanta. Poznámka: Pri spontánnej reakcii je G vždy negatívny a E bunka vždy pozitívny.

Štruktúra + - e e anódová katóda e Cu CuSO 4 Cu 2+ Cu 2+ e Obrázok: Schematická štruktúra elektrolytického článku. Katóda je z roztoku pomaly potiahnutá meďou. Medená anóda bude pomaly odchádzať.

Ako to funguje Dve elektródy sú v roztoku elektrolytu. Elektródy sú pripojené k zdroju jednosmerného prúdu: Katóda k zápornému pólu Anóda k kladnému pólu Ak anóda nie je vyrobená z inertného materiálu, pôjde do roztoku, zatiaľ čo materiál sa môže na katóde ukladať.

Aplikácie elektrolýzy Výroba alkalických kovov a väčšiny kovov alkalických zemín sa vykonáva elektrolýzou s tavenou soľou. Výroba halogénov elektrolýzou vo vodnom prostredí. V analytickej chémii v polarografii. Výroba kovových povlakov.

Meď pre Garfielda Aby mohla byť vosková figurína Garfield potiahnutá meďou, musí byť schopná viesť elektrický prúd a musí byť pripojená ako katóda spárovaná s medenou anódou. Aby bol voskový Garfield vodivý, je potiahnutý strieborným lakom. Ako elektrolyt slúži roztok síranu meďnatého. Reakcia teraz prebieha na anóde a Cu (s) Cu 2+ + 2e (9) Cu 2+ + 2e Cu (s) (10)

Prvý zákon Druhý zákon m I t (11) m 1: m 2 = M 1 z 1: M 2 z 2 (12)

Výsledkom je: m = M I t z F (13)

Náš úbytok hmotnosti/[g] 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Obrázok: Strata hmotnosti medenej anódy ako funkcia času. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 čas/[s]

Naša Faradayova konštanta, ktorú sme vypočítali F = 962421 (57) C mol -1 (14) F literárna hodnota = 96485 C mol -1 (15)

Náš vzťah medzi Faradayovou konštantou a číslom Avogadra (16) F e = N A N A hodnota z literatúry = 6,022 10 - 23 mol -1 (17) Náš výsledok N A hodnota z literatúry = 6,0181 (36) 10 - 23 mol -1 (18)