Ohatra amin'ny Fanontaniana Fifanakalozan-kevitra momba ny Elektrosimia
Sampana iray amin'ny simia ny elektrokimia izay mandinika ny fifandraisana misy eo amin'ny fihetsika simika sy ny fiovan'ny angovo elektrika. Ao amin'ny elektrokimia, misy foto-kevitra roa lehibe: ny oksidasiona (ny famoahana elektrôna) sy ny fihenana (ny fahazoana elektrôna). Ireo dingana ireo dia azo jerena amin'ny karazana sela elektrokimia roa: sela voltaika (sela galvanika) sy sela elektrolitika. Ireto ambany ireto misy ohatra amin'ny olana sy ny fanazavana azy ireo mba hanampiana anao hahatakatra ny elektrokimia.
Ohatra Fanontaniana 1: Sela Voltaika
Fanontaniana:
Raha omena sela voltaika misy elektrôda zinc (Zn) sy varahina (Cu) mifandray amin'ny alalan'ny tetezana sira. Atsofohy ao anaty vahaolana ZnSO4 1 M ny Zn ary atsofohy ao anaty vahaolana CuSO4 1 M ny Cu. Soraty ireo fihetsika mitranga amin'ny elektrôda tsirairay ary kajy ny fahasamihafan'ny mety ho herin'ny sela voltaika. Angon-drakitra momba ny mety ho herin'ny elektrôda mahazatra:
\[ E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0.34 \, \text{V} \]
Dinika:
Ny dingana voalohany dia ny famaritana ny fihetsiky ny redox izay mitranga. Ao amin'ny sela voltaika, mitranga ny fihetsiky ny redox tampoka izay
– Miharan'ny oksidasiona ny zinc (Zn):
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Mihena ny varahina (Cu):
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
Ny totalin'ny fihetsiky ny redox ao amin'ny sela voltaika dia:
\[ \text{Zn (s)} + \text{Cu}^{2+} (aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + \text{Cu (s)} \]
Manaraka izany, dia hikajy ny fahasamihafan'ny mety ho vitan'ny sela isika:
\[ E_{\text{cell}} = E^o_{\text{cathode}} – E^o_{\text{anode}} \]
Aiza:
– Ny katôda no elektrôda izay isehoan'ny fihenan-kery (Cu).
– Ny anode no elektroda izay isian'ny oksidasiona (Zn).
Amin'izay mba,
\[ E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E_{\text{sel}} = 0.34 \, \text{V} + 0.76 \, \text{V} = 1.10 \, \text{V} \]
Fehiny:
– Ny fihetsika mitranga eo amin'ny anode (Zn):
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Ny fihetsika mitranga ao amin'ny katôda (Cu):
\[ \text{Cu}^{2+} (aq) + 2e^- \rightarrow \text{Cu (s)} \]
– Fahasamihafan'ny mety ho vitan'ny sela (EMF): 1.10 V
-
Ohatra Fanontaniana 2: Sela Elektrôlitika
Fanontaniana:
Ao amin'ny elektrolisisin'ny vahaolana NaCl, lazao ireo fihetsika mitranga eo amin'ny katôda sy ny anoda raha toa ka ampiasaina ny elektroda tsy mihetsika, toy ny platina (Pt). Kajio ny fiampangana manontolo ilaina mba hamokarana 1 grama Cl2. (Ar Cl = 35.5)
Dinika:
Ny dingana voalohany dia ny fanoratana ireo fihetsika mitranga amin'ny elektrôda tsirairay ao amin'ny vahaolana sira NaCl.
– Ao amin'ny katôda (fampihenana):
Amin'ity dingana ity, hihena ny iôna H+ avy amin'ny rano:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \ rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
– Ao amin'ny anode (oksidasiôna):
Hiova ho entona Cl2 ny ion Cl-:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
Fihetseham-po manontolo:
Koa ny fihetsika manontolo mitranga amin'ny elektrolisisin'ny vahaolana NaCl dia:
\[ 2NaCl(aq) + 2H_2O(l) \rightarrow 2NaOH(aq) + H_2(g) + Cl_2(g) \]
Mba hikajiana ny fiampangana ilaina hamokarana 1 grama Cl2, mila mamaritra ny isan'ny môlan'ny Cl2 isika:
\[ \text{Lanjan'ny Cl}_2 = 1 \text{ grama} \]
\[ \text{Ar Cl}_2 = 2 x 35.5 = 71 \text{ grama/mol} \]
\[ \text{Isan'ny môlan'ny Cl}_2 = \frac{1}{71} \text{ mol} \]
Mifototra amin'ny fampitoviana fihetsika eo amin'ny anode, 1 mol an'ny Cl2 no vokarina avy amin'ny 2 mol elektrôna:
\[ 2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^- \]
Raha lazaina amin'ny teny hafa, ny môl 1 an'ny Cl2 dia mitaky môl elektrôna 2.
Isan'ny mol-n'ny elektrôna:
\[ \text{Isan'ny môlan'ny elektrôna} = 2 \times \frac{1}{71} = \frac{2}{71} \text{ mol} \]
Azo kajy amin'ny alalan'ny sandan'ny Faraday (F = 96485 C/mol e^- ny fiampangana ilaina):
\[ Q = n \in'ny F \]
Q = \left(\frac{2}{71} \text{ mol}\right) \times 96485 \text{ C/mol} \]
\[ Q = 2718 \text{ C} \]
Fehiny:
- Fihetseham-po ao amin'ny katôda:
\[ 2H_2O(l) + 2e^- \ rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \]
- Fihetseham-po eo amin'ny anode:
\[ 2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^- \]
– Ny totalin'ny fiampangana ilaina hamokarana 1 grama amin'ny Cl2 dia 2718 C.
-
Ohatra 3: Fifandraisana Nernst sy fepetra tsy mahazatra
Fanontaniana:
Kajio ny mety ho vitan'ny sela voltaika vita amin'ny elektrôda Ag/Ag+ misy fifantohana iôna volafotsy 0.1 M sy elektrôda Zn/Zn2+ misy fifantohana 0.01 M. Ny mety ho vitan'ny elektrôda mahazatra dia:
\[ E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} = +0.80 \, \text{V} \]
\[ E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76 \, \text{V} \]
Dinika:
Ny dingana voalohany dia ny fanoratana ireo fihetsika mitranga:
– Oksidasiona eo amin'ny anoda (Zn):
\[ \text{Zn (s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+} (aq) + 2e^- \]
– Fampihenana eo amin'ny katôda (Ag):
\[ \text{Ag}^{+} (aq) + e^- \rightarrow \text{Ag (s)} \]
Fihetseham-po manontolo:
Zn (s) + 2 Ag (s) + 2 Ag (s)
Mifototra amin'ny fampitoviana Nernst:
\[ E_{\text{Sela}} = E^o_{\text{Sela}} – \left( \frac{0.0592}{n} \right) \log \left( \frac{[\text{vokatra}]}{[\text{mpihetsika}]} \right) \]
Aiza:
\[n = 2 \]
Voalohany, kajy ny E^o_{\text{Sel}}:
\[ E^o_{\text{Sel}} = E^o_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} – E^o_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} \]
\[ E^o_{\text{Sel}} = 0.80 \, \text{V} – (-0.76 \, \text{V}) \]
\[ E^o_{\text{Sela}} = 1.56 \, \text{V} \]
Manaraka, kajy ny tena herin'ny sela amin'ny fifantohana nomena:
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \left( \frac{0.0592}{2} \right) \log \left( \frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Ag}^{+}]^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – \left( \frac{0.0592}{2} \right) \log \left( \frac{0.01}{(0.1)^2} \right) \]
\[ E_{\text{Sel}} = 1.56 \, \text{V} – 0.0296 \log \left( \frac{0.01}{0.01} \right) \]
\[ E_{\text{Sela}} = 1.56 \, \text{V} \]
Fehiny:
- Mitovy ny fihetsiky ny zavatra mitranga eo amin'ny anode sy cathode
– Ny herin'ny sela amin'ny fifantohana iray dia 1.56 V
Ity lahatsoratra ity dia mampiseho ny fomba famahana karazana olana maromaro amin'ny elektrokimia, anisan'izany ny olana mahakasika ny sela voltaika, ny sela elektrolitika, ary ny kajy mampiasa ny Nernst Equation. Ny fahatakarana lalina ny foto-kevitra ao ambadiky ny fihetsika redox sy ny fahaizana mampiasa angon-drakitra elektrokimia dia tena ilaina amin'ny fahombiazana amin'ny famahana ireo karazana olana ireo.
