אָקסידאַציע און רעדוקציע פּראָצעסן אין עלעקטראָכעמיע
עלעקטראָכעמיע איז אַ צווייַג פֿון כעמיע וואָס שטודירט די פֿאַרבינדונג צווישן כעמישע רעאַקציעס און עלעקטריע. אין עלעקטראָכעמיע, איז דער מערסט פֿונדאַמענטאַלער באַגריף וואָס דערשיינט שטענדיק אָקסידאַציע און רעדוקציע (רעדאָקס) רעאַקציעס. דורך רעדאָקס רעאַקציעס קענען עלעקטראָנען זיך באַוועגן פֿון איין סובסטאַנץ צו אַן אַנדערער. די עלעקטראָן איבערפֿירונג דינט ווי אַ "בריק" צווישן כעמישע ענדערונגען און עלעקטרישע ענערגיע, צי אין באַטעריעס, אַקומולאַטאָרן, ברענשטאָף צעלן, צי אינדוסטריעלע פּראָצעסן ווי עלעקטראָפּלייטינג און מעטאַל ראַפֿינירן. פֿאַרשטיין ווי אָקסידאַציע און רעדוקציע אַרבעטן וועט אונדז העלפֿן פֿאַרשטיין פֿאַרוואָס אַ באַטעריע קען פּראָדוצירן אַן עלעקטרישן קראַנט, צי ווי דער פּראָצעס פֿון עלעקטראָליז קען פֿאַרוואַנדלען אַ פֿאַרבינדונג אין אירע עלעמענטן.
פֿאַרשטיין אָקסידאַציע און רעדוקציע
פשוט געזאגט, אקסידאציע איז דער פראצעס פון ארויסלאזן עלעקטראנען, בשעת רעדוקציע איז דער פראצעס פון באקומען עלעקטראנען. אין א רעדאקס רעאקציע, פאסירן אקסידאציע און רעדוקציע שטענדיג גלייכצייטיג ווייל די עלעקטראנען וואס ווערן ארויסגעלאזט דורך איין סובסטאנץ מוזן ווערן אנגענומען דורך אן אנדערער סובסטאנץ.
חוץ די דעפיניציע באזירט אויף עלעקטראָנען, זענען דא אויך אנדערע וועגן צו דערקענען אַקסאַדיישאַן און רעדוקציע:
1. באַזירט אויף אַקסאַדיישאַן נומער (אָקס נומער):
– אקסידאציע: די אקסידאציע נומער פון אן עלעמענט פארגרעסערט זיך.
– רעדוקציע: די אקסידאציע נומער פון אן עלעמענט פארקלענערט זיך.
2. באַזירט אויף זויערשטאָף און וואַסערשטאָף (קלאַסישע דעפֿיניציע):
– אקסידאציע: צוגאב פון זויערשטאף אדער רעדוקציע פון וואסערשטאף.
– רעדוקציע: באַזייַטיקונג פון זויערשטאָף אָדער צוגאב פון וואַסערשטאָף.
אבער, אין עלעקטראָכעמיע, בלייבט די מערסט פּראַקטישע דעפֿיניציע די עלעקטראָן-באַזירטע: אָקסידאַציע פֿאַרלירט עלעקטראָנען, רעדוקציע באַקומט עלעקטראָנען.
האַלב-רעאַקציע אין רעדאָקס
אין עלעקטראָכעמיע, ווערן רעדאָקס רעאַקציעס געוויינטלעך צעטיילט אין צוויי האַלב-רעאַקציעס:
– אָקסידאַציע (אַנאָדישע) רעאַקציע: אַ סובסטאַנץ פארלירט עלעקטראָנען
געוויינטלעכע ביישפילן:
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^-
\]
– רעדוקציע רעאַקציע (קאַטאָדיש): די סובסטאַנץ באַקומט עלעקטראָנען
געוויינטלעכע ביישפילן:
\[
\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}
\]
דורך צעטיילן די רעאקציע אין האַלב-רעאקציעס, קענען מיר קלארער נאכפאלגן דעם פלוס פון עלעקטראָנען, בשעת אויך מאכן עס גרינגער צו באַלאַנסירן רעדאָקס רעאקציעס, ספּעציעל אונטער זויערע אדער באַזישע באדינגונגען.
עלעקטראָכעמישע צעלן: וואו רעאַקציעס און עלעקטריע טרעפן זיך
אן עלעקטראָכעמישע צעל איז אַ סיסטעם וואָס ניצט רעדאָקס רעאַקציעס צו דזשענערירן אָדער נוצן עלעקטרישע ענערגיע. עס זענען דאָ צוויי הויפּט טיפּן:
1. גאַלוואַנישע/וואָלטאַישע צעלן (פּראָדוצירן עלעקטריע ספּאָנטאַן)
ביישפילן: באַטעריעס און דאַניעלל צעלן.
2. עלעקטראָליטישע צעלן (ניצן עלעקטריע צו צווינגען נישט-ספּאָנטאַנע רעאַקציעס)
ביישפילן: וואַסער עלעקטראָליז, מעטאַל פּלייטינג (עלעקטראָפּלייטינג).
ביידע פון די צעלן האבן שטענדיג אן אנאד און א קאטאד, אבער ס'איז וויכטיג צו געדענקען: די אנאד איז שטענדיג דער ארט פון אקסידאציע, בשעת די קאטאד איז שטענדיג דער ארט פון רעדוקציע. די איינציגסטע זאך וואס ענדערט זיך איז דער סימן פון דער עלעקטראד לאדונג, לויטן טיפ צעל.
אָקסידאַציע און רעדוקציע אין גאַלוואַנישע צעלן (וואָלטאַישע צעלן)
גאַלוואַנישע צעלן קאָנווערטירן כעמישע ענערגיע אין עלעקטרישע ענערגיע. די רעדאָקס רעאַקציע פּאַסירט ספּאָנטאַן, וואָס פאַראורזאַכט עלעקטראָנען צו פליסן דורך דעם עקסטערנעם קרייז, פּראָדוצירנדיק אַ קראַנט.
דער קלאַסישסטער בייַשפּיל איז די דאַניעל צעל וואָס באַשטייט פון צינק (Zn) און קופּער (Cu) עלעקטראָדן:
– אנאד (אקסידאציע): צינק לאזט ארויס עלעקטראנען
\[
\text{Zn(s)} \rightarrow \text{Zn}^{2+}\text{(aq)} + 2e^-
\]
– קאַטאָדע (רעדוקציע): Cu²⁺ יאָנען נעמען אָן עלעקטראָנען
\[
\text{Cu}^{2+}\text{(aq)} + 2e^- \rightarrow \text{Cu(s)}
\]
עלעקטראָנען פליסן פֿון דער אַנאָדע (Zn) צום קאַטאָדע (Cu) דורך דעם דראָט. דערווייל, כּדי צו האַלטן די לאַדונג-נייטראַליטעט אין דער לייזונג, ווערט אַ זאַלץ-בריק גענוצט כּדי צו דערלויבן יאָנען זיך צו באַוועגן און באַלאַנסירן די לאַדונג.
וויכטיקע קעראַקטעריסטיקס פון גאַלוואַנישע צעלן:
– ספּאָנטאַנע רעאַקציע.
– די אנאדע איז נעגאַטיוו געלאָדן (ווײַל זי איז די מקור פֿון עלעקטראָנען).
– די קאַטאָדע איז פּאָזיטיוו געלאָדן.
אָקסידאַציע און רעדוקציע אין עלעקטראָליטישע צעלן
אנדערש ווי גאַלוואַנישע צעלן, דאַרפן עלעקטראָליטישע צעלן אַן עקסטערנע עלעקטרישע שטראָם מקור צו טרייבן נישט-ספּאָנטאַנע רעאַקציעס. דער עלעקטרישער שטראָם "צווינגט" עלעקטראָנען צו פליסן, און דאָס ערלויבט די רעדאָקס רעאַקציע צו פּאַסירן.
ביישפילן: עלעקטראָליז פון זאַלץ לייזונג אָדער עלעקטראָליז פון וואַסער.
אלס אן אילוסטראציע, אין דער עלעקטראליז פון וואסער (מיט שטיצנדיקע עלעקטראליטן), פאסירט דאס פאלגנדע:
– רעדוקציע ביים קאַטאָד: וואַסער נעמט אָן עלעקטראָנען צו פּראָדוצירן וואַסערשטאָף גאַז.
\[
2ה_2אָ + 2ע^- \rightarrow H_2 + 2OH^-
\]
– אקסידאציע ביי דער אנאדע: וואסער/הידראקסייד יאנען לאזן ארויס עלעקטראנען צו פראדוצירן זויערשטאף גאז.
\[
4OH^- \רעכטער O_2 + 2H_2O + 4e^-
\]
וויכטיקע קעראַקטעריסטיקס פון עלעקטראָליטישע צעלן:
– נישט-ספּאָנטאַנע רעאַקציע.
– פּאָזיטיוו געלאָדענע אַנאָדע (פאַרבונדן צום פּאָזיטיוון פּאָל פון דער מאַכט מקור).
– די קאַטאָדע איז נעגאַטיוו געלאָדן.
כאָטש די עלעקטראָד סימנים טוישן זיך קאַמפּערד צו אַ גאַלוואַנישער צעל, בלייבט די גרונט-רעגולע: אַקסאַדיישאַן פּאַסירט ביי דער אַנאָדע און רעדוקציע פּאַסירט ביי דער קאַטאָדע.
די ראָלע פֿון אָקסידאַנטן און רעדוקטאַנטן
אין רעדאקס רעאקציעס, זענען צוויי הויפט "שפּילער" באַקאַנט:
– אקסידירער (אקסידירנדיקער אגענט): א סובסטאנץ וואס פאראורזאכט אן אנדערע סובסטאנץ צו אקסידירן, אזוי אז דער אקסידירער אליין גייט דורך רעדוקציע (באקומט עלעקטראנען).
– רעדוקטאַנט (רעדוצירנדיקער אַגענט): אַ סובסטאַנץ וואָס פאַראורזאַכט אַז אַן אַנדער סובסטאַנץ זאָל ווערן רעדוצירט, אַזוי אַז דער רעדוקטאַנט אַליין גייט דורך אַקסאַדיישאַן (לאָזט אַרויס עלעקטראָנען).
אין דניאל'ס צעל:
– צינק (Zn) איז אַ רעדוצירנדיקער אַגענט ווײַל עס לאָזט אַרויס עלעקטראָנען.
– Cu²⁺ יאָן איז אַן אָקסידאַטאָר ווײַל עס אַקסעפּטירט עלעקטראָנען.
די קאנצעפט איז וויכטיג צו פאראויסזאגן די ריכטונג פון רעאקציעס און צו פארשטיין פארוואס געוויסע פארן פון סובסטאנצן קענען פראדוצירן גרעסערע וואלטאזשן ווי אנדערע.
עלעקטראָד פּאָטענציעל און רעדאָקס טענדענץ
אין עלעקטראָכעמיע, ווערט די טענדענץ פון אַ סובסטאַנץ צו דורכגיין רעדוקציע אויסגעדריקט דורך איר נאָרמאַלן רעדוקציע פּאָטענציאַל (E°). ווי העכער דער E° ווערט, אַלץ גרינגער גייט די סובסטאַנץ דורך רעדוקציע (אַלס שטאַרקער איז זי ווי אַן אָקסידירנדיקער אַגענט). פאַרקערט, סובסטאַנצן מיט אַ קליינעם אָדער נעגאַטיוון E° טענדירן צו אָקסידירן גרינגער (זענען שטאַרקערע רעדוצירנדיקע אַגענטן).
די וואָולטאַזש פון אַ גאַלוואַנישער צעל קען בכלל געשאַצט ווערן דורך:
\[
E^\circ_{\text{cell}} = E^\circ_{\text{קאַטאָדע}} – E^\circ_{\text{אַנאָדע}}
\]
אויב \(E^\circ_{\text{sel}}\) איז פּאָזיטיוו, טענדירט די רעאַקציע צו זיין ספּאָנטאַן (פּאַסיק פֿאַר גאַלוואַנישע צעלן).
אַפּליקאַציעס פון אָקסידאַציע-רעדוקציע אין לעבן און אינדוסטריע
די אקסידאציע און רעדוקציע פראצעסן אין עלעקטראכעמיע זענען ענג פארבונדן מיט מענטשלעכע אקטיוויטעטן. עטלעכע פון אירע וויכטיגע אנווענדונגען זענען:
1. באַטעריעס און אַקומולאַטאָרן: נוצן רעדאָקס רעאַקציעס צו דזשענערירן עלעקטריע, למשל אַלקאַליין באַטעריעס, ליטיום-יאָן באַטעריעס, און בליי-זויער באַטעריעס.
2. מעטאַל פּלייטינג (עלעקטראָפּלייטינג): אַזאַ ווי קראָום אָדער ניקאַל פּלייטינג צו פֿאַרבעסערן אויסזען און קעראָוזשאַן קעגנשטעל.
3. מעטאַל ראַפינירן: למשל, ראַפינירן קופּער מיט עלעקטראָליז צו באַקומען הויך-קוואַליטעט מעטאַל.
4. קאראזיע שוץ: קאטאדישע שוץ טעכניקן אויף אונטערערדישע רערן אדער שיף קערפערס פארמיידן אייַזן פון אקסידירן (ראסטן).
5. ברענשטאָף צעל: קאָנווערטירט די כעמישע ענערגיע פון ברענשטאָף (למשל וואַסערשטאָף) אין עלעקטריע דורך אַ קאָנטראָלירטע רעדאָקס רעאַקציע.
קעסימפּולאַן
אקסידאציע און רעדוקציע זענען אין צענטער פון עלעקטראכעמיע. אקסידאציע איז די באפרייאונג פון עלעקטראנען, בשעת רעדוקציע איז די געווינס פון עלעקטראנען. די צוויי פראצעסן פאסירן שטענדיג צוזאמען אין רעדאקס רעאקציעס און זענען די באזע פאר דער אפעראציע פון גאלוואנישע און עלעקטראליטישע צעלן. דורך פארשטיין וואו אקסידאציע (אנאד) און רעדוקציע (קאטאדע) פאסירן, די ראלעס פון אקסידירנדע און רעדוצירנדע אגענטן, און דעם באגריף פון עלעקטראד פאטענציאל, קענען מיר דערקלערן פענאמענען פון ווי באטעריעס ארבעטן ביז וויכטיגע אינדוסטריעלע פראצעסן. עלעקטראכעמיע איז מער ווי נאר א טעאריע אין לערנביכער; עס איז די וויסנשאפט וואס שטיצט אסאך פון די מאדערנע טעכנאלאגיעס וואס מיר ניצן יעדן טאג.
