Elektrokimiki reaksiýalar himiki energiýa elektrik energiýasyna öwrülende ýa-da tersine, elektrod bilen elektrolitiň interfeýsinde elektron geçiriş arkaly ýüze çykýar. Bu reaksiýalar elektrik togunyň himiki üýtgemegine itergi berýän ýa-da himiki reaksiýalaryň elektrik öndürýän islendik ulgamynda bolup geçýär.
Esasy komponentler
Elektrokimiki reaksiýalar üç esasy elementiň bilelikde işlemegini talap edýär. Elektron geçiriji, reaksiýalaryň üstünde bolup geçýän elektrod hökmünde hyzmat edýär. Ion geçiriji - adatça erän ionlary öz içine alýan elektrolit ergini {{3} elect elektrodlaryň arasynda zarýadyň akmagyna mümkinçilik berýär. Doly zynjyr bu bölekleri birleşdirýär, daşarky ýoldan elektron hereketini üpjün edýär.
Reaksiýa, geçirijiniň üstünden birnäçe burçda, - elektrolit interfeýsinde ýüze çykýar. Bu dar reaksiýa zolagy bar, sebäbi elektronlar diňe metal ýaly elektron geçirijilerde hereket edýär, ionlar bolsa elektrolitleriň üsti bilen zarýad alýar.
Öz-özünden reaksiýalar güýç döredende
Galwan öýjükleri elektrik öndürmek üçin öz-özünden ýüze çykýan elektrohimiki reaksiýalary görkezýär. Bu ulgamlarda oksidlenme anodda bolup geçýär, katodda azalma bolýar. Bu iki ýarym - reaksiýanyň arasyndaky himiki potensial tapawut, elektronlary daşarky zynjyr arkaly herekete getirýär.
Batareýanyň akmagy bu öz-özünden emele gelýär. Forklift batareýalaryny ulananyňyzda, elektrod materiallary bilen elektrolit hereketlendirijini herekete getirýän elektronlaryň arasyndaky himiki reaksiýalar. Gurşun - kislotanyň görnüşleri kükürt kislotasyna çümdürilen gurşun dioksidini we gubka gurşun plitalaryny ulanýar, elektrokimiki reaksiýa saklanylýan himiki energiýany götermek üçin zerur bolan elektrik güýjüne öwürýär.
Daniell öýjügi prinsipi aýdyň görkezýär. Sink metal bir elektrodda okislenýär we beýleki elektrodda mis ionlaryny azaltmak üçin simden akýan elektronlary bölüp çykarýar. Bu elektron akymy, reaktiwler ýok bolýança ýa-da ulgam deňagramlylyga ýetýänçä dowam edýän elektrik toguny emele getirýär.
Daşarky energiýa reaksiýalary herekete getirende
Elektrolitiki öýjükler ters ssenariýany görkezýär - elektrokimiki reaksiýalar öz-özünden ýüze çykmaýar, ýöne dowam etmegi üçin ulanylýan naprýa .eniýäni talap edýär. Daşarky elektrik energiýasy {{2} ont öz-özünden himiki üýtgemeleri güýçlendirýär.
Zarýad berilýän batareýany güýçlendirmek bu ýörelgäni görkezýär. Gurşun - kislotaly batareýany zarýad berijä birikdireniňizde, ulanylýan naprýa .eniýe zarýad reaksiýalaryny tersleşdirýär. Gurşun sulfat gurşun dioksidine we gubka gurşuna öwrüler, elektrolitde kükürt kislotasynyň konsentrasiýasy ýokarlanýar. Elektrik energiýasy giriş enjamyňyzy güýçlendirjek himiki potensialy täzeden gurýar.
Suw elektrolizi başga bir aýdyň mysal getirýär. Suwda gark bolan elektrodlaryň arasynda ýeterlik naprýa .eniýe ulanmak H₂O molekulalaryny wodorod we kislorod gazlaryna bölýär. Gerekli naprýa .eniýe okislenme we ýarym - reaksiýalaryň arasyndaky himiki potensial tapawutdan ýokary bolmaly.
Senagat elektroplating bu mejbury reaksiýa mehanizmine daýanýar. Elektrik togy metal ionlaryny erginden geçiriji jisime sürýär we ulanylýan energiýa bolmasa bolmaz ýaly elektrohimiýa prosesi arkaly gorag ýa-da bezeg örtügi döredýär.
Temperatura we reaksiýa şertleri
Elektrokimiki reaksiýalar temperaturanyň duýgurlygyny görkezýär. Batareýalaryň köpüsi 0 gradusdan 45 dereje aralygynda optimal işleýär we bu aralykdan öndürijilik peselýär. Sowuk temperatura içerki garşylygy ýokarlandyrýar, elektrolit arkaly ion hereketini haýalladýar we elektrik çykaryşyny azaldýar. Gurşun - kislota batareýasy degree- 20 dereje 50% kuwwatyny ýitirýär, litiý-ion batareýalary şol bir temperaturada bary-ýogy 20% ýitgi bilen has gowy öndürijiligi saklaýar.
Atylylyk himiki zaýalanmagy çaltlaşdyrýar, ýöne howpsuz çäklerde reaksiýa kinetikasyny hem çaltlaşdyryp biler. Şeýle-de bolsa, 60 gradusdan ýokary ýylylyk litiý batareýalarynda ýylylyk gaçmagyna töwekgelçilik edýär, bu ýerde ekzotermiki reaksiýalar öz-özüni - saklaýan we howply bolýar. Temperatura - bagly tebigat, elektrokimiki reaksiýalaryň orta temperaturada has aňsat ýüze çykýandygyny, ionyň hereketi çüýremegine sebäp bolmazdan ýokary galýandygyny aňladýar.
Elektrolitleriň konsentrasiýasy reaksiýa derejesine ep-esli täsir edýär. Gurşun - kislota batareýalarynda, kükürt kislotasynyň aýratyn agyrlygy çykarylanda üýtgeýär, doly zarýad berlende 1,27-den aşak düşýär. Bu peselýän konsentrasiýa, elektronyň täsirli geçirilmegi üçin ýeterlik kislota galýança elektrohimiki reaksiýany haýalladýar.
Öýjük potensialynyň roly
Elektrokimiki reaksiýalar ulgamyň elektron geçirişini üpjün etmek üçin ýeterlik elektrik potensialyna eýe bolanda ýüze çykýar. Nernst deňlemesi, bu gatnaşygy kesgitleýär, öýjük potensialynyň reaktiw konsentrasiýalara, temperatura we degişli materiallaryň adaty elektrod potensialyna baglydygyny görkezýär.
Adaty elektrod potensialy haýsy reaksiýalaryň öz-özünden dowam edýändigini kesgitleýär. Has negatiw standart potensialy bolan materiallar elektronlary aňsatlyk bilen bagyşlaýar we olary amatly anodlara öwürýär. Has oňyn bahalary bolanlar katod hökmünde işleýän elektronlary kabul edýärler. Bu potensialyň arasyndaky tapawut, öýjügiň naprýa .eniýesini {{3} the reaksiýa üçin hereketlendiriji güýji kesgitleýär.
Woltiki öýjük çykanda, reaktiw konsentrasiýalaryň üýtgemegi bilen öýjük potensialy kem-kemden azalýar. Reaksiýa ulgam deňagramlylyga ýetýänçä dowam edýär, şonda potensial nola düşýär we arassa elektron akymy ýüze çykmaýar. Bu deňagramlylyk ýagdaýyndan öň elektrokimiki reaksiýa häzirki dykyzlyga proporsional tizlikde dowam edýär.
Artykmaç talaplar
Hakyky elektrohimiki reaksiýalar termodinamiki minimal derejeden ýokary güýçli - goşmaça naprýa .eniýäni talap edýär. Bu goşmaça energiýa, elektron geçirmek we köpçülikleýin ulag çäklendirmeleri üçin işjeňleşdirme päsgelçiliklerini ýeňip geçýär. Artykmaç reaksiýa görnüşi, elektrod materialy we häzirki dykyzlygy bilen üýtgeýär.
Pes güýji bolan çalt reaksiýalar minimal artykmaç naprýa .eniýede netijeli dowam edýär. Sluwaş reaksiýalar amaly tok akymyna ýetmek üçin ep-esli artykmaçlygy talap edýär. Käbir elektrolitiki prosesleriň teoretiki hasaplamalardan has ýokary naprýa .eniýe talap edýändigini düşündirýär.
Senagat boýunça programmalar
Elektrokimiki reaksiýalar sansyz enjamlary we amallary güýçlendirýär. Elçyralarda we uzakdan dolandyrylýan esasy batareýalar, reaktiwler gutarýança elektrik öndürýän yzyna gaýtaryp bolmajak reaksiýalara bil baglaýar. Ulaglardaky we elektronikadaky ikinji batareýalar tersine reaksiýalary ulanýarlar, gaýta zarýad - çykaryş sikllerine mümkinçilik berýär.
Fuelangyç öýjügi, elektrohimiki reaksiýalar ýangyjyny ýokary netijelilik bilen göni elektrik energiýasyna öwürýän özboluşly programmany aňladýar. Wodorod anodda okislenýär, katodda kislorod azalýar, diňe önüm hökmünde suw öndürýär. Batareýalardan tapawutlylykda, ýangyç öýjükleri reaksiýany saklamak üçin üznüksiz ýangyç üpjünçiligini talap edýär.
Poslama, metal çyglylyk we kislorod bilen kontaktda öz-özünden ýüze çykýan islenmeýän elektrokimiki reaksiýalary görkezýär. Demir pos, anodiki ýerlerde okislenme reaksiýalary arkaly emele gelýär, kislorod azalýan katodiki ýerlere elektron akymy. Bu elektrohimiki mehanizmlere düşünmek inersenerlere goraýjy örtükleri we poslama - çydamly erginleri ösdürmäge kömek edýär.
Senagat elektrohimiýasy uly - göwrümli önümçilik proseslerine mümkinçilik berýär. Alýumin öndürmek, alýumin ionlaryny azaltmak üçin köp toklary ulanyp, eredilen alýumin oksidiniň elektrolizine daýanýar. Hloralkali prosesi, möhüm senagat himiki maddalary bolan hlor gazyny we natriý gidroksidi öndürmek üçin şorlary elektrolizleýär.
Reaksiýa kinetikasy we baha faktorlary
Elektrokimiki reaksiýanyň derejesi birnäçe baglanyşykly faktorlara baglydyr. Häzirki dykyzlygy unit {1} unit bir elektrod meýdanyndaky tok - Faradaýyň kanunlaryna laýyklykda reaksiýa derejesi bilen gönüden-göni baglanyşýar. Currentokary tok dykyzlygy sekuntda has köp elektronyň geçmegini, himiki üýtgemäni çaltlaşdyrmagy aňladýar.
Köpçülikleýin ulag köp elektrohimiki reaksiýalary çäklendirýär. Reaktiwler elektrodyň ýüzüne ýetmeli, konsentrasiýa gradiýentlerini saklamak üçin önümler daşlaşmaly. Diffuziýa, göç we konweksiýa bu transport proseslerini dolandyrýar. Elektrolitleri garyşdyrmak ýa-da öýjükleriň üsti bilen design {3} akym dizaýny köpçülikleýin transporty gowulandyrýar we ýetip boljak reaksiýa derejesini ýokarlandyrýar.
Elektrodyň üstki meýdany möhüm. Uly ýüzler, şol bir dykyzlykda has köp tok akymyny üpjün edip, elektron geçirmek üçin has köp saýt üpjün edýär. Bu, batareýa elektrodlarynyň ýokary derejeli meýdany {{2} to bilen - göwrümli gözenekli gurluşlary ulanýandygyny düşündirýär, reaksiýalaryň ýüze çykýan interfeýsini ulaldýar.
Elektrod materialynyň özi katalitik täsirler arkaly reaksiýa kinetikasyna täsir edýär. Käbir materiallar pes reaksiýalarda çalt hereket etmäge mümkinçilik berýän aýratyn reaksiýalar üçin işjeňleşdirme energiýasyny peseldýärler. Platina wodorodyň okislenmegini we kislorodyň peselmegini katalizleýär we bahasyna garamazdan ýangyç öýjük elektrodlary üçin gymmatly bolýar.
Iki gatly gurluş
Elektrod - elektrolit interfeýsinde elektrik goşa gatlagy diýilýän çylşyrymly gurluş bar. Bu sebit 10 nan V / sm ýetýän güýçli elektrik meýdanlaryny döredip, birnäçe nanometrden zarýad jemleýär. Jübüt gatlak, elektrokimiki reaksiýa kinetikasyna täsir edýän zarýady saklaýan kondensator ýaly hereket edýär.
Erginlerdäki ionlar zarýadlanan elektrodyň üstünde ýerleşýär. Kationlar otrisatel elektrodlaryň golaýynda, anionlar polo positiveitel elektrodlarda jemlenýär. Bu ion düzülişi elektrod zarýadyny görkezýär we haýsy görnüşleriň ýer ýüzüne täsir edip biljekdigine täsir edýär. Jübüt gatlak gurluşy, reaksiýa ýollaryna we nyrhlaryna täsir edip, elektrod potensialynyň üýtgemegi bilen dinamiki üýtgeýär.
Iki gatly effektlere düşünmek elektrohimiýa ulgamlaryny optimizirlemek üçin möhüm ähmiýete eýe. Gözlegçiler has gowy batareýa elektrodlaryny dizaýn etmek, poslama garşylygy gowulandyrmak we has netijeli elektrokatalizatorlary ösdürmek üçin bu nanoskale hadysalaryny öwrenýärler. Jübüt gatlak molekulýar - derejeli himiýanyň makroskopiki elektrik hadysalaryna laýyk gelýän ýerini görkezýär.
Freygy-ýygydan soralýan soraglar
Galvaniki we elektrolitiki öýjükleriň arasynda näme tapawut bar?
Galwan öýjükleri batareýalaryň zarýady ýaly öz-özünden himiki reaksiýalardan elektrik öndürýär. Elektrolitiki öýjükler batareýalary zarýad bermek ýa-da elektroplatirlemek ýaly - däl öz-özünden reaksiýalary sürmek üçin ulanylýan elektrik energiýasyny ulanýarlar. Esasy tapawut, reaksiýanyň tebigy (galvaniki) bolup geçýändigi ýa-da daşarky güýç (elektrolitik) talap edilmegi.
Suwuk elektrolit bolmasa elektrohimiki reaksiýalar bolup bilermi?
Hawa, has az bolsa-da. Gaty - döwlet batareýalary kristal gurluşy arkaly ionlary geçirýän gaty elektrolitleri ulanýarlar. {Okary - temperatura gaty oksid ýangyç öýjükleri keramiki elektrolitleri ulanýar. Hatda käbir gazlar belli bir şertlerde elektrolit bolup hyzmat edip biler. Şeýle-de bolsa, ýokary ion geçirijiligi sebäpli suwuk elektrolitler iň köp ýaýranlygyna galýar.
Näme üçin elektrohimiki reaksiýalar deňagramlylykda saklanýar?
Deňagramlylykda öňe we ters reaksiýa derejeleri deňagramly bolýar. Hiç hili arassa himiki üýtgeşiklik ýüze çykmaýar, şonuň üçin hiç bir elektron zynjyrdan akmaýar. Öýjük potensialy nola düşýär, sebäbi ulgam iň pes energiýa ýagdaýyna ýetdi. Reaktiwleri goşmak ýa-da daşarky naprýa .eniýäni ulanmak reaksiýany täzeden başlap biler.
Temperaturanyň üýtgemegi bu reaksiýalara nähili täsir edýär?
Higherokary temperatura, adatça ion hereketini çaltlaşdyrmak we işjeňleşdirme energiýa päsgelçiliklerini azaltmak arkaly reaksiýa derejesini ýokarlandyrýar. Şeýle-de bolsa, aşa yssy batareýanyň böleklerine zeper ýetirip biler ýa-da gaçmak reaksiýalaryny döredip biler. Sowuk temperaturalar reaksiýalary ep-esli haýallaşdyrýar we güýç çykaryşyny azaldýar. Her bir elektrohimiýa ulgamy ýokary öndürijilik üçin iň amatly temperatura diapazonyna eýe.
Elektrokimiki reaksiýalar gündelik durmuşymyza elmydama täsir edip biljek himiýa we elektrik in engineeringenerçiligini köpri edýär. Smartfonyňyzdaky batareýadan başlap, metal gurluşlardaky {{1} r poslama garşy örtüge çenli, elektrodyň üstündäki bu elektron geçiriş prosesi häzirki zaman tehnologiýasyny mümkin edýär. Reaksiýalar elektrodlaryň, elektrolitleriň ýa-da himiki hereketlendiriji güýjüň ýa-da ulanylýan naprýa .eniýeniň dogry birleşmegi - birleşip, himiki we elektrik görnüşleriniň arasynda energiýany ajaýyp netijelilik bilen öwürýär.
Goşmaça okamak üçin degişli mowzuklar:
Nernst deňlemesi we öýjük potensial hasaplamalary
Batareýa himiýasy we energiýa ammary
Poslama mehanizmleri we öňüni almak
Elektrokataliz we elektrod materiallary
Uelangyç öýjük tehnologiýalary
