- Galvanik hücrenin parçaları
- İşleyen
- Oksidasyon ve indirgeme reaksiyonları
- Tuz köprüsü
- Oksidasyon ve indirgeme potansiyelleri
- Galvanik hücrenin sembolik gösterimi
- Uygulamalar
- Günlük hayatta galvanik hücre
- Ev yapımı bir galvanik hücrenin yapımı
- malzemeler
- süreç
- Referanslar
Galvanik hücre veya voltaik hücre çözeltisi içinde bir bileşiğin bir kendiliğinden reaksiyonu harekete geçirir ki burada iki yarı hücreleri, daldırılmış iki farklı metallerden oluşan elektrokimyasal hücre türüdür.
Daha sonra, yarım hücrelerden birindeki metallerden biri oksitlenirken, diğer yarım hücredeki metal indirgenir ve bir dış devre aracılığıyla elektron alışverişi oluşturulur. Bu, elektrik akımından yararlanmaya izin verir.
Şekil 1. Şema ve galvanik hücrenin parçaları. Kaynak: corinto.pucp.edu.pe.
"Galvanik hücre" adı, elektrik deneyinin öncülerinden biri olan İtalyan doktor ve fizyolog Luigi Galvani'nin (1737-1798) onuruna verilmiştir.
Galvani, 1780 yılında, farklı metal kabloların bir ucunda birleştirilmesi ve serbest uçların (ölü) bir kurbağanın kalçasıyla temas ettirilmesi durumunda bir kasılmanın meydana geldiğini keşfetti.
Bununla birlikte, elektrik üretmek için bir elektrokimyasal hücre inşa eden ilk kişi, 1800'de İtalyan Alessandro Volta (1745-1827) ve dolayısıyla voltaik hücrenin alternatif adıdır.
Galvanik hücrenin parçaları
Galvanik hücrenin parçaları şekil 1'de gösterilmektedir ve aşağıdaki gibidir:
1.- Anodik yarım hücre
2.- Anodik elektrot
3.- Anodik çözüm
4.- Katot yarım hücre
5. - Katot elektrot
6.- Katodik çözelti
7. - Tuzlu su köprüsü
8. - Metalik iletken
9.- Voltmetre
İşleyen
Bir galvanik hücrenin işleyişini açıklamak için alttakini kullanacağız:
Şekil 2. Galvanik hücrenin didaktik modeli. Kaynak: slideserve.com
Galvanik hücrenin temel fikri, oksidasyon reaksiyonuna giren metalin, elektrik akımının akışından yararlanmaya izin veren harici bir iletken aracılığıyla elektron alışverişinin gerçekleşeceği şekilde indirgenen metalden fiziksel olarak ayrılmasıdır. örneğin bir ampulü veya led'i yakmak için.
Şekil 2'de, sol yarı hücrede bir bakır sülfat çözeltisine (CuS0 4 ) batırılmış metalik bir bakır (Cu) bant varken, sağ yarı hücrede ise içine batırılmış bir çinko (Zn) bant vardır. bir çinko sülfat çözeltisi (ZnSO 4 ).
Her bir yarım hücrede her birinin metalinin iki oksidasyon durumunda mevcut olduğuna dikkat edilmelidir: metalin nötr atomları ve çözelti içindeki aynı metalin tuzunun metal iyonları.
Metalik bantlar bir dış iletken tel ile birleştirilmezse, her iki metal de ilgili hücrelerinde ayrı ayrı oksitlenir.
Bununla birlikte, elektriksel olarak bağlı olduklarından, Cu'da bir indirgeme reaksiyonu varken Zn'de oksidasyon meydana gelir. Bunun nedeni çinkonun oksidasyon derecesinin bakırınkinden daha yüksek olmasıdır.
Oksitlenen metal, dış iletken vasıtasıyla indirgenen metale elektron verir ve bu akım akışı kontrol altına alınabilir.
Oksidasyon ve indirgeme reaksiyonları
Çinko metal elektrot ile sulu çinko sülfat çözeltisi arasında sağ tarafta meydana gelen reaksiyon şu şekildedir:
Zn o (k) + Zn 2+ (SO 4 ) 2- → 2 Zn 2+ (ac) + (SO 4 ) 2- + 2 e -
Sol yarım hücredeki anot elektrodunun yüzeyinde bulunan, solüsyondaki çinkonun pozitif iyonlarıyla uyarılan bir çinko atomu (katı) iki elektronu bırakır ve elektrottan ayrılır, sulu solüsyona çift pozitif iyon olarak geçer. çinko.
Net sonucun, iki elektronun kaybı yoluyla metalden gelen nötr bir çinko atomunun sulu çözeltiye eklenen bir çinko iyonu haline geldiğinin farkındayız, böylece çinko çubuk bir atomu ve çözelti pozitif bir çift iyon elde etti.
Açığa çıkan elektronlar, dış telden diğer pozitif yüklü yarı hücrenin (katot +) metaline doğru hareket etmeyi tercih edecektir. Çinko bar, atomları sulu çözeltiye yavaş yavaş geçerken kütle kaybediyor.
Çinko oksidasyonu şu şekilde özetlenebilir:
Zn o (lar) → Zn 2+ (ac) + 2 e -
Sol tarafta meydana gelen reaksiyon benzerdir, ancak sulu çözeltideki bakır (diğer yarı hücreden gelen) iki elektron yakalar ve bakır elektrot üzerinde biriktirilir. Bir atom elektron aldığında indirgenmiş olduğu söylenir.
Bakır indirgeme reaksiyonu şöyle yazılır:
Cu 2+ (ac) + 2 e - → Cu o (lar)
Bakır çubuk, çözeltinin iyonları çubuğa geçerken kütle kazanıyor.
Oksidasyon, elektronları iten anotta (negatif) meydana gelirken, elektronları çeken katotta (pozitif) azalma meydana gelir. Dış iletkenden elektron değişimi gerçekleşir.
Tuz köprüsü
Tuz köprüsü, iki yarım hücrede biriken yükleri dengeler. Pozitif iyonlar anodik yarım hücrede birikirken katodik hücrede fazla miktarda negatif sülfat iyonu kalır.
Tuz köprüsü için, uçları gözenekli bir malzeme duvarı ile tıkanmış ters U şeklinde bir tüp içinde bulunan, reaksiyona müdahale etmeyen bir tuz çözeltisi (sodyum klorür veya potasyum klorür gibi) kullanılır.
Tuz köprüsünün tek amacı, iyonların her hücreye süzülmesi, fazla yükü dengelemesi veya nötrleştirmesidir. Bu şekilde, elektrik devresini kapatan tuz iyonları aracılığıyla tuz köprüsünden bir akım akışı üretilir.
Oksidasyon ve indirgeme potansiyelleri
Standart oksidasyon ve indirgeme potansiyelleri, anot ve katotta 25 1C sıcaklıkta ve 1M konsantrasyonlu (bir molar) solüsyonlarla üretilenler olarak anlaşılır.
Çinko için standart oksidasyon potansiyeli E ox = +0.76 V iken, bakır için standart indirgeme potansiyeli E kırmızı = +0.34 V iken, bu galvanik hücre tarafından üretilen elektromotor kuvveti (emf) : emf = +0.76 V + 0.34 V = 1.1 V.
Galvanik hücrenin küresel reaksiyonu şu şekilde yazılabilir:
Zn o (k) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu o (k)
Sülfat hesaba katıldığında, net reaksiyon:
Zn o (k) + Cu 2+ (SO 4 ) 2- 25ºC → Zn 2+ (SO 4 ) 2- + Cu o (k)
Sülfat bir seyirci iken metaller elektron alışverişinde bulunur.
Galvanik hücrenin sembolik gösterimi
Şekil 2'deki galvanik hücre sembolik olarak aşağıdaki şekilde temsil edilmektedir:
Zn o (s) -Zn 2+ (aq) (1M) - Cu 2+ (aq) (1M) -Cu o (s)
Geleneksel olarak, anodu (-) oksitleyen ve oluşturan metal her zaman sola yerleştirilir ve sulu haldeki iyonu bir çubukla (-) ayrılır. Anodik yarım hücre, katodik hücreden tuz köprüsünü temsil eden iki çubuk (-) ile ayrılır. Sağ tarafa indirgenen ve katodu (+) oluşturan metal yarım hücre yerleştirilir.
Bir galvanik hücrenin sembolik temsilinde, aşırı sol her zaman oksitlenmiş metaldir ve indirgenen metal en sağda (katı halde) bulunur. Şekil 2'de yarım hücrelerin geleneksel sembolik gösterime göre ters pozisyonda olduğuna dikkat edilmelidir.
Uygulamalar
Farklı metallerin standart oksidasyon potansiyellerini bilerek, bu metallerle inşa edilmiş bir galvanik hücrenin üreteceği elektromotor kuvvetini belirlemek mümkündür.
Bu bölümde, diğer metallerle yapılmış bir hücrenin net elektromotor kuvvetini hesaplamak için önceki bölümlerde belirtilenleri uygulayacağız.
Uygulama örneği olarak, galvanik bir demir (Fe) ve bakır (Cu) hücresini ele alıyoruz. Veri olarak, aşağıdaki indirgeme reaksiyonları ve standart indirgeme potansiyelleri, yani 25ºC ve 1M konsantrasyonunda verilmiştir:
Fe 2+ (ac) + 2 e - → Fe (k). E1 ağı = -0.44 V
Cu 2+ (ac) + 2 e - → Cu (k). E2 kırmızı = +0.34 V
Aşağıdaki galvanik hücre tarafından üretilen net elektromotor kuvvetinin bulunması istenir:
Fe (k) -Fe 2+ (aq) (1M) - Cu 2+ (aq) -Cu (lar)
Bu hücrede demir oksitlenir ve galvanik hücrenin anotu olurken, bakır indirgenir ve katottur. Demirin oksidasyon potansiyeli, indirgeme potansiyeline eşittir, yani E1 oxd = +0.44'tür.
Bu galvanik hücre tarafından üretilen elektromotor kuvvetini elde etmek için, demirin oksidasyon potansiyelini bakırın indirgeme potansiyeli ile ekliyoruz:
emf = E1 oxd + E2 kırmızı = -E1 kırmızı + E2 kırmızı = 0.44 V + 0.34 V = 0.78 V.
Günlük hayatta galvanik hücre
Günlük kullanım için galvanik hücreler, didaktik bir model olarak kullanılandan çok farklı şekillere sahiptir, ancak çalışma prensipleri aynıdır.
En çok kullanılan pil, farklı sunumlarında 1.5V alkalin pildir. İlk isim, emf'yi arttırmak için seri olarak bağlanmış bir dizi hücre olduğu için gelir.
Lityum şarj edilebilir piller de galvanik hücrelerle aynı çalışma prensibine dayanmaktadır ve akıllı telefonlarda, saatlerde ve diğer cihazlarda kullanılanlardır.
Aynı şekilde, otomobiller, motosikletler ve tekneler için kurşun aküler 12V'tur ve galvanik hücrenin aynı çalışma prensibine dayanır.
Galvanik hücreler estetikte ve kas yenilenmesinde kullanılır. Cildi temizleyen ve tonlayan rulo veya küre şeklindeki iki elektrot üzerinden akım uygulanmasından oluşan yüz bakımları vardır.
Ayrıca secde durumunda olan kişilerde kasların yenilenmesi için de akım darbeleri uygulanır.
Ev yapımı bir galvanik hücrenin yapımı
Ev yapımı bir galvanik hücre yapmanın birçok yolu vardır. En basitlerinden biri, çözelti olarak sirke, çelik çivi ve bakır tel kullanmaktır.
malzemeler
-Tek kullanımlık plastik bardaklar
-Beyaz sirke
-İki çelik vida
-İki adet çıplak bakır tel (izolasyon veya verniksiz)
-Bir voltmetre
süreç
-Camın ¾ kısmını sirke ile doldurun.
-İki çelik vidayı birkaç tur telle birleştirin ve bir parça tel çözülmemiş halde bırakın.
Bakır telin sarılmamış ucu, camın kenarına dayanacak şekilde ters U şeklinde bükülür ve vidalar sirkeye batırılır.
Şekil 3. Ev yapımı galvanik hücre ve multimetre. Kaynak: youtube.com
Başka bir bakır tel parçası da ters bir U şeklinde bükülür ve daldırılmış vidalara taban tabana zıt bir konumda camın kenarına asılır, böylece bakırın bir kısmı sirkenin içinde ve bakır telin diğer kısmı dışarıdadır. camın.
Voltmetre uçlarının serbest uçları, bu basit hücre tarafından üretilen elektromotor kuvvetini ölçmek için bağlanır. Bu tür hücrelerin emf'si 0.5V'dir. Bir alkalin pilin emfini eşitlemek için, iki hücre daha inşa etmek ve üçünü seri olarak birleştirmek gerekir, böylece 1.5V pil elde edilir.
Referanslar
- Borneo, R. Galvanik ve elektrolitik hücreler. Kurtarıldı: classdequimica.blogspot.com
- Cedrón, J. Genel kimya. PUCP. Corinto.pucp.edu.pe adresinden kurtarıldı
- Farrera, L. Elektrokimyaya Giriş. Fizikokimya Bölümü UNAM. Kurtarıldı: depa.fquim.unam.mx.
- Vikipedi. Elektrokimyasal hücre. Es.wikipedia.com adresinden kurtarıldı.
- Vikipedi. Galvanic hücre. Es.wikipedia.com adresinden kurtarıldı.