Електрохемиска ќелија

Електрохемиска ќелија ― уред способен или да создава електрична енергија од хемиски реакции или олеснува на хемиските реакции преку воведување на електрична енергија. Електрохемиските ќелии кои создавват електрична струја се нарекуваат напонски или галвански ќелии, а оние што создаваат хемиски реакции, на пример, преку електролиза се нарекувани електролитички ќелии. Еден чест пример за електрохемиска ќелија е стандардна 1.5 - волтна ќелија наменета за потрошувачка употреба. Батерија се состои од една или повеќе ќелии, поврзани со напореден, во низа или во низов и напореден шаблон.
1 Електролитна ќелија
Електролитна ќелија е електрохемиска ќелија која води неспонтана оксидационо-редукциона реакција преку примена на електрична енергија. Тие често се користебу за разложување на хемиски соединенија, во постапка наречена електролиза - грчкиот збор лиза значи „растурање“.
Важни примери на електролиза се распаѓањето на вода кон водород и кислород и боксит во алуминиум и други хемикалии. Електроплатирање (на пр. бакар, сребро, никел или хром) се врши со помош на електролитна ќелија. Електролизата е техника која користи еднонасочна струја.
Електролината ќелија има три составни делови: електролит и две електроди (катода и анода). Електролитот е обично раствор од вода или други растворувачи во кои се раствораат јоните. Стопените соли како што се натриум хлорид се исто така електролити. Кога се придвижуваат од надворешен напон што се применува на електродите, јоните во електролитот се привлекуваат кон електрода со спротивен полнеж, каде што може да се случат реакции на пренос на полнеж (исто така наречени фарадејски или оксидационо-редукциони реакции). Само со надворешен електричен потенцијал (т.е. напон) со правилен поларитет и доволна големина, електролитичката ќелија може да разложи нормално стабилно или инертно хемиско соединение во растворот. Обезбедената електрична енергија може да произведе хемиска реакција која инаку не би се случила спонтано.
2 Галванска ќелија или волтна ќелија
Галванска ќелија или волтна ќелија, именувана по Лујџи Галвани или Алесандро Волта соодветно, е електрохемиска ќелија која добива електрична енергија од спонтани оксидационо-редукциони реакции што се случуваат во ќелијата. Претежно се состои од два различни метали поврзани со солен мост, или поединечни полу-клетки разделени со порозна мембрана.
Волта бил пронаоѓач на волтиновиот столб, првата електрична батерија. Во општа употреба, зборот „батерија“ вклучува една галванска ќелија, но батеријата правилно се состои од повеќе ќелии.
3 Полуќелии
Електрохемиската ќелија се состои од две полуќелии. Секоја полуќелија се состои од електрода и електролит. Двете полуќелии може да го користат истиот електролит, или може да користат различни електролити. Хемиските реакции во ќелијата имаат електролит, електроди, или надворешна супстанца (како во горивни ќелии која може да користи водороден гас како реактант). Во целосна електрохемиска ќелија, видовите од една полуќелија губат електрони (оксидација) до нивната електрода додека видовите од другите полуќелии добиваат електрони (редукција) од нивната електрода.
Солен мост (на пример, филтер хартија натопена во KNO<sub>3,</sub> NaCl, или некој друг електролит) често се употребува за да се обезбеди јонски допир помеѓу две полуќелии со различни електролити, но сепак тој ги спречуваа растворите од мешање и предизвикување несакани странични реакции. Алтернатива на солен мост е да се овозможи директен допир (и мешање) помеѓу двете полуќелии, на пример во едноставна електролиза на вода.
Со оглед на тоа што електроните течат од една полуќелија до друга преку надворешно коло, се утврдува различна одговорност. Ако не се обезбеди јонски контакт, оваа полнежска разлика брзо ќе го спречи понатамошниот проток на електрони. Солениот мост овозможува проток на негативни или позитивни јони за да се одржи распределбата на полнеж во рамномерна состојба помеѓу садовите за оксидација и редукција, додека чувањето на содржината е поинаку одвоено. Други уреди за постигнување на поделба на решенија се порозни садови и гелови раствори. Порозен сад се користи во Бунзеновата ќелија (десно).
3.1 Рамнотежни реакции
Секоја полуќелија има карактеристичен напон. Разни избори на супстанции за секоја полуќелија даваат различни потенцијални разлики. Секоја реакција е подложена на рамнотежа помеѓу различни оксидациски состојби на јони: Кога ќе се достигне рамнотежа, ќелијата не може да обезбеди дополнителен напон. Во полуќелиите што се подложени на оксидација, колку е поблиску рамнотежата на јон/атом со попозитивна оксидациска состојба, толку повеќе потенцијал ќе добие оваа реакција. Исто така, во реакцијата на намалување, колку е поблиску рамнотежата на јон/атом со повеќе "негативна" оксидациона состојба, толку е поголем потенцијалот.
3.2 Потенцијал на ќелија
Потенцијалот на ќелијата може да се предвиди преку употреба на потенционал на електроди (напон на секоја полуќелија). Овие потенцијали на полуќелии се дефинирани во однос на доделувањето на 0 волти на стандардна водородна електрода. Разликата во напонот помеѓу потенцијалите на електродата дава предвидување за потенцијалното мерење. Кога се пресметува разликата во напонот, прво мора да се преработат полуќеличните равенки за реакцијата да добие израмнета равенка за оксидација-редукција.
# Намалете ја реакцијата на намалување со најмал потенцијал (за да создадете реакција на оксидација/целокупен позитивен ќелиски потенцијал)
# Полуреакциите мора да се помножат со цели броеви за да се постигне рамнотежа на електрони.
Потенцијалите на ќелиите имаат можен опсег од приближно нула до 6 волти. Ќелиите што користат електролити на основа на вода обично се ограничени на ќелични потенцијали помали од околу 2,5 волти, бидејќи многу моќните средства за оксидација и редукција кои ќе бидат потребни за производство на повисок ќеличен потенцијал имаат тенденција да реагираат со водата. Високи потенцијали на ќелиите се можни со ќелии кои користат други растворувачи наместо вода. На пример, литиумските ќелии со напон од 3 волти најчесто се достапни.
Потенцијалот на ќелиите зависи од концентрацијата на реактантите, како и нивниот тип. Бидејќи ќелијата е испразнета, концентрацијата на реактантите се намалува и потенцијалот на ќелијата, исто така, се намалува.
4 Поврзано
* Термодинамична активност
* Бележење на ќелија
* Електрохемиски потенцијал
* Електрохемиско инженерство
* Батерија
* Акумулатор
* Горивна ќелија
* Проточна батерија