ELEKTROKIMYASAL HÜCRELER: BILEŞENLER, NASIL ÇALIŞIRLAR, TÜRLERI, ÖRNEK - KIMYA - 2025

Elektrokimyasal hücre kimyasal enerji elektrik enerjisi veya tersi haline dönüştürüldüğü hallerde, cihazlar olan kimyasal tepkimeler geçmesi bulunmaktadır. Bu hücreler, elektrokimyanın kalbini oluşturur; ruh, iki kimyasal tür arasında kendiliğinden veya kendiliğinden meydana gelebilecek potansiyel elektron değişimidir.

İki türden biri okside olur, elektron kaybeder, diğeri ise indirgenerek transfer edilen elektronları kazanır. Yaygın olarak indirgenen tür, çözeltide metalik bir katyon olup, elektron kazanarak aynı metalden yapılmış bir elektrot üzerinde elektriksel olarak biriktirilir. Oksitleyen tür ise metal katyonlara dönüşen bir metaldir.

Daniel'den bir elektrokimyasal hücrenin şeması. Kaynak: Rehua

Örneğin, yukarıdaki görüntü Daniel'in hücresini temsil ediyor: tüm elektrokimyasal hücrelerin en basiti. Metalik çinko elektrot oksitlenir ve sulu ortama Zn ²⁺ katyonları bırakır . Bu , soldaki ZnSO ₄ konteynerinde meydana gelir .

Sağ tarafta, CuSO ₄ içeren çözelti indirgenir ve Cu2 ⁺ katyonları bakır elektrot üzerinde biriken metalik bakıra dönüştürülür. Bu reaksiyonun gelişimi sırasında elektronlar, mekanizmalarını harekete geçiren harici bir devre boyunca hareket eder; ve bu nedenle, bir ekibin çalışması için elektrik enerjisi sağlamak.

Elektrokimyasal hücrelerin bileşenleri

elektrotlar

Elektrokimyasal hücrelerde elektrik akımları üretilir veya tüketilir. Yeterli elektron akışını sağlamak için iyi elektrik iletkenleri olan malzemeler olmalıdır. Bakır, gümüş veya altın kablolarla birlikte elektrotların ve dış devrenin geldiği yer burasıdır.

Elektrotlar, elektrokimyasal hücrelerde reaksiyonların gerçekleşeceği yüzeyi sağlayan malzemelerdir. İçlerinde meydana gelen reaksiyona bağlı olarak iki tür vardır:

-Anot, oksidasyonun meydana geldiği elektrot

-Katot, indirgemenin gerçekleştiği elektrot

Elektrotlar, Daniel'in hücresinde olduğu gibi (çinko ve bakır) reaksiyona giren bir malzemeden yapılabilir; veya platin veya grafitten yapıldıklarında olduğu gibi, inert bir malzemeden.

Anot tarafından salınan elektronlar katoda ulaşmalıdır; ancak bir çözüm yoluyla değil, her iki elektrodu harici bir devreye bağlayan metal bir kablo aracılığıyla.

Elektrolit çözünmesi

Elektrotları çevreleyen çözelti, güçlü elektrolitlerle zenginleştirildiği için de önemli bir rol oynar; Gibi: KCl, KNO ₃ , NaCl, vb. Bu iyonlar, bir dereceye kadar, elektronların anottan katoda göç etmesine ve bunların elektrotların çevresinden iletilerek azaltılacak türlerle etkileşime girmesine yardımcı olur.

Örneğin deniz suyu, daha düşük iyon konsantrasyonu ile elektriği damıtılmış sudan çok daha iyi iletir. Bu nedenle elektrokimyasal hücreler, bileşenleri arasında güçlü bir elektrolit çözünmesine sahiptir.

Tuzlu su köprüsü

Çözeltinin iyonları elektrotları çevrelemeye başlar ve yüklerin polarizasyonuna neden olur. Katot etrafındaki çözelti, katyonlar azalırken negatif olarak yüklenmeye başlar; Daniel hücresi durumunda , katot üzerinde metalik bakır olarak biriktirildiğinde Cu2 ⁺ katyonları . Böylece, pozitif ücretlerin bir açığı olmaya başlar.

Tuz köprüsünün yükleri dengelemek ve elektrotların polarize olmasını önlemek için müdahale ettiği yer burasıdır. Yan veya katot bölmesine doğru, tuz köprüsünün katyonları K ya göç edecek ⁺ veya Zn ^{+ 2} , Cu yerini almak üzere, ^{2 +} tüketilen. Bu arada, NO ₃ ^- anyonlar , artan Zn2 ⁺ katyon konsantrasyonunu nötralize etmek için tuz köprüsünden anot bölmesine doğru hareket edecektir .

Tuz köprüsü, uçları iyonları geçiren ancak su geçirmeyen bir jel ile kaplı doymuş bir tuz çözeltisinden oluşur.

Elektrokimyasal hücre türleri ve nasıl çalıştıkları

Bir elektrokimyasal hücrenin nasıl çalıştığı, ne tip olduğuna bağlıdır. Temel olarak iki tür vardır: galvanik (veya voltaik) ve elektrolitik.

Galvanik

Daniel'in hücresi, galvanik bir elektrokimyasal hücre örneğidir. Bunlarda reaksiyonlar kendiliğinden gerçekleşir ve pilin potansiyeli pozitiftir; potansiyel ne kadar büyükse hücre o kadar fazla elektrik sağlayacaktır.

Hücreler veya piller tam olarak galvanik hücrelerdir: iki elektrot arasındaki kimyasal potansiyel, onları birbirine bağlayan harici bir devre müdahale ettiğinde elektrik enerjisine dönüştürülür. Böylece elektronlar anottan göç eder, pilin bağlı olduğu ekipmanı ateşler ve doğrudan katoda geri döndürülür.

elektrolitik

Elektrolitik hücreler, harici bir kaynaktan elektrik enerjisi sağlanmadıkça reaksiyonları kendiliğinden oluşmayan hücrelerdir. Burada tam tersi bir durum ortaya çıkar: elektrik, kendiliğinden olmayan kimyasal reaksiyonların gelişmesine izin verir.

Bu tip hücrelerde meydana gelen en iyi bilinen ve en değerli reaksiyonlardan biri elektrolizdir.

Şarj edilebilir piller, elektrolitik ve aynı zamanda galvanik hücrelere örnektir: kimyasal reaksiyonlarını tersine çevirmek ve yeniden kullanım için başlangıç ​​koşullarını yeniden oluşturmak için yeniden şarj edilirler.

Örnekler

Daniel'ın hücresi

Aşağıdaki kimyasal denklem, çinko ve bakırın katıldığı Daniel'in hücresindeki reaksiyona karşılık gelir:

Zn (k) + Cu ²⁺ (aq) → Zn ²⁺ (aq) + Cu (k)

Ancak Cu ²⁺ ve Zn ²⁺ katyonları tek başına olmayıp SO ₄ ^2- anyonları ile birliktedir . Bu hücre şu şekilde temsil edilebilir:

Zn - ZnSO ₄ - - CuSO ₄ - Cu

Daniel'in hücresi herhangi bir laboratuvarda inşa edilebilir ve elektrokimyanın girişinde bir uygulama olarak çok tekrarlanır. Cu ²⁺ , Cu olarak biriktiğinden, CuSO ₄ çözeltisinin mavi rengi yavaş yavaş solacaktır.

Platin hidrojen hücresi

Hidrojen gazı tüketen, metalik gümüş üreten ve aynı zamanda elektrik sağlayan bir hücre hayal edin. Bu platin ve hidrojen hücresidir ve genel reaksiyonu aşağıdaki gibidir:

2AgCl (k) + H ₂ (g) → 2Ag (k) + 2H ⁺ + 2Cl ^-

Burada anot bölmesinde, suya batırılmış ve gaz halindeki hidrojene pompalanmış bir atıl platin elektrotumuz var. H ₂ H oksitlenir ⁺ ve metalik gümüş elektrot katot bölmesine sütlü AgCİ çökelti elektronunu verir. Bu gümüş üzerinde AgCl azalacak ve elektrotun kütlesi artacaktır.

Bu hücre şu şekilde temsil edilebilir:

Pt, H ₂ - H ⁺ - - Cl ^- , AgCl - Ag

Downs hücresi

Ve son olarak, elektrolitik hücreler arasında, daha çok Downs hücresi olarak bilinen erimiş sodyum klorür var. Burada elektrik, bir hacimdeki erimiş NaCl'yi elektrotlar boyunca hareket ettirmek için kullanılır ve böylece aşağıdaki reaksiyonlara neden olur:

2Na ⁺ (l) + 2e ^- → 2Na (s) (katot)

2Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2e ^- (anot)

2NaCl (l) → 2Na (k) + Cl ₂ (g) (küresel reaksiyon)

Böylece elektrik ve sodyum klorür sayesinde metalik sodyum ve klor gazı hazırlanabilir.

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
2. Vikipedi. (2020 yılında). Elektrokimyasal hücre. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 Ocak 2020). Elektrokimyasal Hücreler. Kurtarıldı: thinkco.com
4. R. Ship. (Sf). Elektrokimyasal Hücreler. Kurtarıldı: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Chemicool. (2017). Elektrokimyasal Hücrenin Tanımı. Chemicool.com'dan kurtarıldı
6. Patricia Jankowski. (2020 yılında). Elektrokimyasal Hücre nedir? - Yapı ve Kullanımlar. Ders çalışma. Study.com'dan kurtarıldı
7. Simya (3 Mart 2011). Elektrokimyasal hücreler. Kimya ve Bilim. Laquimicaylaciencia.blogspot.com adresinden kurtarıldı