Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Čime se bavi elektrokemija? - Coggle Diagram
Čime se bavi elektrokemija?
Znanstvenici koji su zaslužni za razvoj elektrokemije
Luigi Galvani (1737. – 1798.)
Svojim eksperimentom sa žabljim kracima postavlja temelj elektrokemije. U svom radu, Galvani zaključuje da životinjsko tkivo sadrži do tada zanemarivanu životnu silu, koju je nazvao "životinjski elektricitet", a koja je odgovorna za aktivaciju živaca i mišića u kontaktu s metalom. Smatrao je da je ta nova sila još jedna vrsta elektriciteta pored '"prirodnog", kojeg proizvodi munja ili električna jegulja i "umjetnog" dobivenog trenjem.
Alessandro Volta (1745. – 1827.)
Alessandro Volta odbacuje ideju "životinjskog električnog fluida", tvrdnjom da žablji kraci reagiraju zbog razlika u metalu. Razjasnio je Galvanijev pokus sa žabljim kracima, električnim naponom koji nastaje između dvaju metala kada je između njih elektrolit. Konstruirao je prvi galvanski članak (Voltin članak).
Michael Faraday (1791. – 1867.)
Faraday je otkrio elektromagnetsku indukciju, princip na kojem rade električni pretvarač i generator, elektrolizu i Faradayev zakon elektrolize. Eksperimenti Michael Faradaya doveli su do postavljanja dvaju elektrokemijskih zakona. Faradayev pokus dokazuje elektromagnetsku indukciju.
Faradayev kavez bio je struktura kroz koju je ovaj znanstvenik uspio zaštititi elemente od električnih udara.
John Frederic Daniell (1790. – 1845.)
Izumio je higrometar i pirometar, te galvanski članak (baterija) koji je po njemu nazvan Daniellov članak. Otkriva jednostavni članak u kojemu se za proizvodnju elektriciteta trošio vodik. Daniell rješava i problem polarizacije, a njegova posljednja otkrića pokazuju da se amalgamiranjem cinka sa živom proizvodi jači napon.
Gorivi članak
Gorivi članak je uređaj koji proizvodi električnu energiju elektrokemijskom reakcijom goriva (koje se oksidira) i oksidirajuće tvari (koja se reducira) pri čemu se oslobađa određena količina topline. Reakcije u gorivom članku uključuju kisik i plinovito ili tekuće gorivo.
Primjena u svakodnevnom životu moguća je u obliku kombiniranih kogeneracijskih uređaja s prirodnim plinom za kućnu proizvodnju električne energije i topline. Uključuje vodikove gorivne stanice za vozila, produžujući doseg vozila i nulte emisije štetnih plinova.
Galvanski članci
Primarni galvanski članci
su baterije koje nisu punjive zbog čega se mogu smatrati neobnovljivim izvorima električne struje. Kemijska se energija u primarnim galvanskim člancima nepovratno pretvara u električnu, kemijske reakcije su ireverzibilne. Neobnovljivi je izvor električne struje u kojem se, za razliku od sekundarnog članka (akumulatora), kemijska energija nepovratno pretvara u električnu.
Litijski članak
Litijski članak suvremeni je, dugotrajni galvanski članak. Pozitivna elektroda može biti oksid mangana, bakra ili kroma, negativna je elektroda od litija, a elektrolit treba biti bezvodan. Naponi su litijskih članaka od 1,5 do 3,7 V, članci mogu davati jake struje, trajnost im je i do deset godina, ali su skupi. Rabe se za dugotrajno i pouzdano napajanje prijenosnih elektroničkih uređaja kao što su srčani stimulatori i sigurnosni uređaji. Ima visoku gustoću energije, dugačak rok trajanja, a njegove mane su osjetljivost na visoke temperature i ekstremne uvjete, te nemogućnost ponovnog punjenja.
Litijski članak valja razlikovati od litijsko-ionskih baterija i litijsko-sumpornih članaka, koji služe kao sekundarni električni članci (akumulator).
Na anodi (negativna elektroda, obično litijski metal):
Li(s) → Li+ + e- Na katodi (pozitivna elektroda, obično neki spoj koji može primiti Li+ ione, kao što je LiCoO2):
Li+ + e- + LiCoO2 → Li1-xCoO2 Ukupna reakcija može se zapisati kao:
Li(s) + LiCoO2 → Li1-xCoO2
Srebrnooksidni članak
Srebrnooksidni članak suvremena je inačica Leclanchéova članka, samo je pozitivna elektroda od srebrnog oksida, a elektrolit je kalijeva ili natrijeva lužina. Napon mu je 1,55 V, uz dugo trajanje. Izrađuje se obično u obliku niskih valjaka, pa se rabi za napajanje manjih uređaja (ručni satovi, kalkulatori i sl.). Ima visoku gustoću energije, dugačak rok trajanja i nisu stopu samopražnjenja. Mane članka su nemogućnost ponovnog punjenja, skuplja cijena proizvoda i nije najbolji izbor za primjene s visokim strujama.
Na anodi (oksidovalni proces):
Oksidacija srebra: Ag→ Ag+ +e-
Na katodi (proces redukcije):
Redukcija mangan dioksida: AgO+ H2O+e- → Ag + MnO₂+ OH-
Westonov članak
Pozitivna je elektroda živa prekrivena živinim sulfatom kao depolarizatorom, negativna je elektroda kadmijev amalgam (HgCd) prekriven kadmijevim sulfatom, elektrolit je vodena otopina kadmijeva sulfata (CdSO4), a spoj s elektrodama ostvaren je utaljenim platinskim žicama. Rabi se kao naponski standard za mjerenje razlike potencijala u elektroanalizi, te se koristi kao referentna ćelija u elektrokemiji zbog svoje stabilnosti i preciznosti u održavanju konstantnog elektromotornog napona (EMF). Ima izuzetno precizne i točne električne reference i nisu stopu samopražnjenja. Mane su osjetljivost na udarce i vibracija i nije praktičan za mobilne primjena.
Na pozitivnoj elektrodi (živa):2Hg(l) + 2SO4^2-(aq) → 2HgSO4(s) + 2e- Na negativnoj elektrodi (kadmijev amalgam):Cd^2+(aq) + 2e- → Cd(s) Ukupna reakcija može se zapisati kao:2Hg(l) + Cd^2+(aq) + 2SO4^2-(aq) → 2HgSO4(s) + Cd(s)
Leclanchéov članak (suhi članak)
Građen je od cinkove posudice koja je negativna elektroda (anoda) zaštićena metalnim plaštom. Atomi cinka iz cinkove posudice oksidacijom prelaze u cinkove ione, zbog čega stijenke posudice postaju sve tanje. Pozitivna elektroda (katoda) je grafitni štapić uronjen u smjesu manganova(IV) oksida,MnO2 i čađe, C.
Napon članka iznosi 1,5 V. Članak je jednostavan za izradu, i upotrebu, ima nisku samopražnjenost i nisu osjetljivost na visoke temperature, te ima stabilan napon tijekom većeg dijela svog vijeka trajanja. Njegove mane su nemogućnost ponovnog punjenja, ima nižu gustoću energije i ograničenu primjenu u modernim uređajima, te ima negativan ekološki utjecaj.
Ukupnu kemijsku reakciju baterije uključene u strujni krug prikazuje jednadžba: Zn(s)+2MnO2(s)+2NH4Cl(aq)⟶Zn(NH3)2]Cl2(s)+2MnO(OH)(s)
Sekundarni galvanski članci
su akumulatori, reverzibilni galvanski članci koji se nakon pražnjenja mogu ponovo puniti. Pri punjenju akumulatora električna se energija pretvara u kemijsku, a pri pražnjenju kemijska u električnu. Sličnost između primarnih i sekundarnih galvanskih članaka je u tome što oba koriste elektrokemijske reakcije radi generiranja električne energije.
Olovni akumulator
U olovnom akumulatoru negativni pol, anoda, je elektroda od olova, a pozitivan pol, katoda, je elektroda od olovova(IV) oksida.
Elektrolit je 20 %-tna sumporna kiselina.Svaki članak olovnog akumulatora ima napon od 2 volta. Glavna prednost olovnih akumulatora je njihova niska cijena. Uz to su pouzdani i imaju dovoljno velik kapacitet i napon za upotrebu u automobilima i sl. Mana akumulatora je težina.
Reakcija punjenja i pražnjenja akumulatora:
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) → 2PbSO4(s)+2H2O(l)
Nikal-kadmijev akumulator
U nikal-kadmijevom akumulatoru negativni pol, anoda, je elektroda od kadmija, a pozitivan pol katoda, je elektroda od niklova(III) hidroksida. Elektrolit je kalijeva lužina koja ne sudjeluje u reakciji. Napon jednog članka nikal-kadmijeva akumulatora je 1,25 V. S niskim unutarnjim otporom može dati dovoljno veliku struju. Mogu raditi u širokom rasponu struja pražnjenja i punjenja, kao i temperature. Nikal-kadmijeve baterije imaju više od 1000 ciklusa punjenja i imaju sposobnost oporavka nakon smanjenja kapaciteta. Ima i nekoliko nedostataka, glavni je "efekt memorije".
Reakcija punjenja i pražnjenja akumulatora:
Cd(s)+2Ni(OH)3(s)−−Cd(OH)2(s)+2Ni(OH)2(l)
