רדוקס וסוללות ראשוניות

Redox וסוללות ראשוניות:

הכנסת חתיכת ה- Zn לפיתרון CuSO4 מתרחשת באופן ספונטני כדלקמן:

בשלב זה נצפתה כי חתיכת ה- Zn התמוססה, Cu הושקע ברציפות על חתיכת ה- Zn, ופתרון ה- CuSO4 הכחול הפך קל יותר. אובדן האלקטרונים ב- Zn מתחמצן ו- Cu2 + מפחיתה אלקטרונים. מכיוון שפתיתי ה- Zn ופתרון ה- CuSO4 נמצאים במגע ישיר, האלקטרונים מועברים ישירות מפני השטח של פתיתי ה- Zn אל ה- Cu2 + שבתמיסה, וזרימת האלקטרונים מופרעת ולא ניתן ליצור זרימת אלקטרונים כיוונית. לא ניתן להמיר את האנרגיה הכימית הנמצאת בחומר לאנרגיה חשמלית וניתן לשחרר אותה רק בצורה של אנרגיית חום, מה שמעלה את הטמפרטורה של תמיסת התגובה.

על פי עיקרון החשמל, אם ניתן להשתמש במכשיר להמרת האלקטרונים בתגובת הרדוקס לזרימת אלקטרונים מסודרים, כלומר לא להעברת ישירות של האלקטרונים, האלקטרונים שאבדו על ידי החומר המפחית מועברים לנוגד החמצון דרך החוטים. אתה יכול להשיג כוח. דניאל סוללה הוא המכשיר להגשמת הרעיון הזה. בסוללה של דניאל, הצד השמאלי הוא פתרון ZnSO4 עם חתיכת Zn מוכנס, והצד הימני הוא פתרון CuSO4 עם חתיכת Cu מוכנסת. שני הפתרונות מופרדים על ידי קרום נקבובי המאפשר מעבר חופשי של יונים. כאשר לוחית ה- Zn וצלחת ה- Cu היו מחוברים באמצעות סדרה של חוטים עם גלוונומטרים, ידיו של הגלווניומטר הוסטו כדי להוכיח שיש זרם שזורם בחוטים.

מכשיר זה המשתמש בתגובה להפחתת חמצון כדי להמיר אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית נקרא סוללה ראשונית, או פשוט סוללה.

בסוללה הראשית נקבע כי אחד האלקטרונים זורם מתוך האלקטרודה השלילית, והאלקטרון זורם לאלקטרודה החיובית. בתא העיקרי Cu-Zn, אלקטרונים זורמים מפלטת ה- Zn לצלחת Cu. הקצה האחד של לוחית ה- Zn הוא אלקטרודה שלילית, והקצה האחד של צלחת ה- Cu הוא אלקטרודה חיובית. ה- Cu2 + בתמיסה CuSO4 מקבל אלקטרונים מוופל ה- Cu ומצטמצם ל- Cu המונח על רקיק ה- Cu. Zn מאבד אלקטרונים כדי להפוך ל- Zn2 + לפיתרון ZnSO4. על שתי אלקטרודות

התגובות הן:

אלקטרודה שלילית: Zn-2e-Zn2 + (תגובת חמצון)

אלקטרודה חיובית: Cu2 ++ 2e — Cu (תגובת הפחתה)

שתי האלקטרודות מתווספות יחד ליצירת תגובת סוללה: Zn + Cu2 + —Zn2 ++ Cu.

מכיוון שאלקטרודת האבץ (או הנחושת) מהווה רק מחצית התא הראשוני, כל אלקטרודה נקראת גם חצי תא. תגובת החמצון (או הפחתה) המתרחשת על כל אלקטרודה נקראת תגובה של חצי תא או תגובה של חצי. כל מחצית התגובה מורכבת משני חומרים שונים של מספר חמצון מאותו אלמנט, בהם מספר החמצון הגבוה נקרא סוג מחומצן, ומספר החמצון הנמוך נקרא סוג מופחת, והם מהווים זוג redox, המקוצר כזוג חשמל. מסומל כמחמצן / מופחת. כמו חשמל ב- Zn2 + / Zn, Cu2 + / Cu.

להלכה, כל תגובת רדוקס ספונטנית יכולה להיות מעוצבת כתא ראשוני. בתגובת הרדוקס, החמצון עובר תגובת הפחתה עם אלקטרון, וחומר ההפחתה מאבד אלקטרונים כדי לעבור תגובת חמצון. לפיכך, כאשר נוצרת הסוללה הראשית, זוג החמצנים ומוצרי ההפחתה שלהם מהווה אלקטרודה חיובית, וסוכן ההפחתה ומוצר החמצון שלו מהווים זוג אלקטרונים. אלקטרודה שלילית.

בסוללה הראשית Cu-Zn, ככל שהתגובה של הסוללה מתקדמת, Zn2 + בפתרון ZnSO4 מתגבר ברציפות, כך שהפתרון טעון חיובי, והאלקטרודה ההפוכה מושכת את ה- Zn כך שקשה לאבד אלקטרונים ולמנוע חמצון Zn נוסף. . במקביל, פיתרון CuSO4 המופקד על רקיק ה- Cu עקב Cu2 + הופך ל- Cu, וה- SO42 + בתמיסה טעון בצורה שלילית יתר על המידה. הדחייה מאותו המין מונעת את זרימת האלקטרונים לוופל Cu, ומונעת צמצום נוסף של Cu2 +. שני צידי הפתרון טעונים ובאופן בלתי נמנע יפריעו לתגובת הסוללה. עם זאת, הקרום הנקבובי בין שני הפתרונות מאפשר ליונים לעבור דרכם, והעודף Zn2 + בתמיסה השמאלית מתפזר לפיתרון הימני; עודף ה- SO42 + בתמיסה הימנית נפרד משמאל, ושומר על ניטרליות הפתרונות משני הצדדים כך שתגובת הסוללה תימשך. מכיוון שהמהירות של דיפוזיציה Zn2 + ו- SO42 + דרך ממשק המגע של שני הפתרונות שונה, הפרש פוטנציאל, הנקרא פוטנציאל הצומת, יתרחש בממשק המגע של שני הפתרונות, ונוכחותו תשפיע על הקביעה המדויקת של האלקטרומוטי כוח הסוללה. כדי לבטל את פוטנציאל הצומת הנוזלי, גשרים מלח משמשים לרוב במקום מפרידי נקבוביות.