בייַשפּיל פֿראַגעס דיסקוסיע פֿון עלעקטראָכעמישע צעלן: פֿאַרשטיין די גרונטפּרינציפּן פֿון עלעקטראָכעמיע דורך בייַשפּיל פֿראַגעס
עלעקטראָכעמיע איז אַ צווייַג פֿון כעמיע וואָס שטודירט די פֿאַרבינדונג צווישן כעמישע רעאַקציעס און עלעקטרישן שטראָם. אין עלעקטראָכעמיע דיסקוטירן מיר אָפֿט צוויי הויפּט טיפּן צעלן: גאַלוואַנישע (אָדער וואָלטאַישע) צעלן און עלעקטראָליטישע צעלן. ביידע טיפּן צעלן נוצן רעדאָקס רעאַקציעס צו שאַפֿן אָדער נוצן עלעקטריע.
אין דעם אַרטיקל וועלן מיר דיסקוטירן עטלעכע ביישפילן פון עלעקטראָכעמישע צעלן וואָס וועלן העלפֿן פֿאַרטיפֿן אונדזער פֿאַרשטאַנד פֿון דעם באַגריף.
1. פראגע: גאַלוואַנישע צעל
למשל, לאָמיר נעמען אַ גאַלוואַנישע צעל וואָס באַשטייט פֿון אַ צינק (Zn) עלעקטראָד געטובלט אין אַ ZnSO₄ לייזונג און אַ קופּער (Cu) עלעקטראָד געטובלט אין אַ CuSO₄ לייזונג. שרײַבט אַראָפּ די רעאַקציעס וואָס פּאַסירן בײַ יעדער עלעקטראָד, ווי אויך די אַלגעמיינע רעאַקציע אין דער גאַלוואַנישער צעל.
פֿאַרעפֿנטלעכט:
1. רעאַקציע ביים צינק עלעקטראָד (אַנאָדע, אָקסידאַציע):
רעאַקציע: \( Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^- \)
דאָ ווערט צינק אָקסידירט צו צינק יאָן (Zn²⁺) און לאָזט אַרויס צוויי עלעקטראָנען.
2. רעאַקציע ביים קופּער עלעקטראָד (קאַטאָדע, רעדוקציע):
רעאַקציע: \(קו^{2+}(אַק) + 2e^- \rightarrow קו(s) \)
דאָ, קופּער יאָנען (Cu²⁺) נעמען אָן צוויי עלעקטראָנען און ווערן רידוסט צו פעסטן קופּער (Cu).
3. אַלגעמיינע רעאַקציע אין דער גאַלוואַנישער צעל:
קאָמבינירט די צוויי האַלב-רעאַקציעס צו באַקומען די אַלגעמיינע רעאַקציע:
\( Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s) \)
בכלל, קען מען אויספירן אז אין גאַלוואַנישע צעלן, ווערט די ספּאָנטאַניטעט פון רעדאָקס רעאַקציעס גענוצט צו פּראָדוצירן עלעקטרישן קראַנט.
2. פראגע: צעל פאטענציאל
געגעבן דעם סטאַנדאַרט רעדוקציע פּאָטענציאַל פֿאַר Zn²⁺/Zn = -0,76 V און Cu²⁺/Cu = +0,34 V. רעכנט אויס דעם צעל פּאָטענציאַל פֿון דער גאַלוואַנישער צעל וואָס מיר האָבן פריער דיסקוטירט.
פֿאַרעפֿנטלעכט:
דער צעל פּאָטענציאַל (E°_cell) קען אויסגערעכנט ווערן מיט דער גלייכונג:
\[
E ° _ {צעל} = E ° _ {קאַטאָדע} - E ° _ {אַנאָוד}
\]
דימאַנאַ:
– די קאַטאָדע איז דער עלעקטראָד וואו רעדוקציע פּאַסירט (Cu²⁺/Cu מיט E° = +0.34 V)
– די אנאדע איז די עלעקטראָד וואו אַקסאַדיישאַן פּאַסירט (Zn²⁺/Zn מיט E° = -0.76 V)
\[
E°_{סעל} = 0.34\, V – (-0.76\, V) = 0.34\, V + 0.76\, V = 1.10\, V
\]
אזוי, דער צעל פּאָטענציאַל פון דער גאַלוואַנישער צעל איז 1,10 V.
3. פראגע: עלעקטראליטישע צעל
אין אַן עלעקטראָליטישער צעל, ווערט אַ נאַטריום קלאָריד (NaCl) לייזונג צוגעגרייט אינעווייניק פון דער עלעקטראָליטישער צעל מיט אינערטע עלעקטראָדן. שרײַבט די רעאַקציעס וואָס פּאַסירן בײַ יעדער עלעקטראָד.
פֿאַרעפֿנטלעכט:
אין אַן עלעקטראָליטישער צעל, ווערט עלעקטריע גענוצט צו טרייבן אַ נישט-ספּאָנטאַנע רעאַקציע. אין אַן עלעקטראָליטישער צעל מיט NaCl לייזונג, האָבן מיר:
1. רעאַקציע בײַ דער קאַטאָדע (רעדוקציע):
\[
2ה_2אָ(ל) + 2ע^- \rightarrow ה_2(ג) + 2אָה^-(אַק)
\]
אין רובֿ פארדיןטע NaCl לייזונגען, וועט וואַסער ווערן רידוסט איידער נאַטריום ווײַל דער רעדוקציע פּאָטענציאַל פון וואַסער איז מער פּאָזיטיוו (-0.83 V) ווי נאַטריום (-2.71 V).
2. רעאַקציע בײַ דער אַנאָדע (אָקסידאַציע):
\[
2קל^-(אַק) \rightarrow קל_2(ג) + 2ע^-
\]
ביי דער אנאד ווערן כלאָריד יאָנען אָקסידירט צו כלאָר גאַז.
3. אַלגעמיינע רעאַקציע:
קאָמבינירן די רעאַקציעס ביי דער קאַטאָדע און אַנאָדע פֿאַר דער גאַנצער רעאַקציע:
\[
2ה_2אָ(ל) + 2קל^-(אַק) \rightarrow ה_2(ג) + קל_2(ג) + 2אָה^-(אַק)
\]
אין דעם זאַלץ-וואַסער עלעקטראָליז, ווערן וואַסערשטאָף גאַז און קלאָר גאַז פּראָדוצירט צוזאַמען מיט דער באַזע לייזונג (NaOH) צוליב דער אינטעראַקציע פון די יאָנען אין דער לייזונג.
4. פראגע: פאראדיי'ס געזעצן פון עלעקטראליז
וויפיל גראַם קופּער ווערן אויסגעזעצט פון אַ CuSO₄ לייזונג אויב 2 פאַראַדייען פון קראַנט ווערן דורכגעפירט דורך דער לייזונג?
פֿאַרעפֿנטלעכט:
פאַראַדיי'ס געזעץ זאָגט אַז די מאָס פון סובסטאַנץ וואָס ווערט אָפּגעלייגט אויף אַן עלעקטראָד בעת עלעקטראָליז איז פּראָפּאָרציאָנעל צו דער מאָס פון עלעקטרישן קראַנט וואָס גייט דורך אים. די מאַסע פון דער סובסטאַנץ (m) קען ווערן אויסגערעכנט מיט דער גלייכונג:
\[
m = \frac{M ⋅Q}{n ⋅F}
\]
דימאַנאַ:
– \(m\) איז די מאַסע פֿון דער סובסטאַנץ וואָס איז אָפּגעלייגט געוואָרן
– \(M\) איז די מאָלאַרע מאַסע פֿון דער סובסטאַנץ (פֿאַר Cu, M = 63.5 ג/מאָל)
– \(Q\) איז די מאָס עלעקטרישע לאָדונג (אין קולאָמבס, אויסגערעכנט דורך \(Q = n \cdot F\), וואו n איז די צאָל פאַראַדייען)
– \(n\) איז די צאָל מאָלן עלעקטראָנען וואָס זענען ינוואַלווד אין דער רעאַקציע (פֿאַר Cu²⁺/Cu, n = 2)
– \(F\) איז פאַראַדיי'ס קאָנסטאַנט (96500 C/mol)
מיט 2 פאַראַדיי קראַנט:
\[
m = ∫[63.5], ג/מאָל ≥2 96500, C}{2 96500, C/מאָל]
\]
פאַרפּשוטער די גלייכונג:
\[
מ = 63.5 גראַם
\]
דער רעזולטאַט איז געווען אַז 63.5 גראַם קופּער איז דעפּאַזיטירט געוואָרן דורך דעם עלעקטראָליז.
קעסימפּולאַן
פֿאַרשטיין עלעקטראָכעמישע צעלן פֿאָדערט וויסן פֿון רעדאָקס רעאַקציעס, צעל פּאָטענציעל קאַלקולאַציעס, און עלעקטראָכעמישע סטאָיכיאָמעטריע. פֿאַרשטיין בייַשפּיל פּראָבלעמען ווי די אויבן דערמאָנטע איז נוצלעך אין קלעראַפֿיצירן די גרונט קאָנצעפּטן און זייער אַפּליקאַציע אין פֿאַרשידענע טיפּן עלעקטראָכעמישע צעלן. צום סוף, פאָרזעצן צו פּראַקטיצירן מיט פֿאַרשידענע פּראָבלעמען צו פֿאַרטיפֿן דעם פֿאַרשטאַנד, ספּעציעל פֿאַר ביידע טעאָרעטישע און פּראַקטישע אַפּליקאַציעס אין פֿאַרשידענע פֿעלדער פֿון וויסנשאַפֿט און אינדוסטריע.
