Elektrolýza, korózia, galvanické články Martina Pallerová IX.a Redoxné reakcie Elektrolýza, korózia, galvanické články Martina Pallerová IX.a

Redoxné reakcie - sú reakcie, pri ktorých sa menia oxidačné čísla atómov - látka, ktorá sa oxiduje, má redukčné vlastnosti - je redukovadlom. Látka, ktorá sa redukuje, má oxidačné vlastnosti - je oxidovadlom. - sú oxidačno-redukčné reakcie, pri ktorých dochádza k výmene elektrónov

                      oxidácia CuIISO4 + Fe0 ---> Cu0  + FeIISO4               redukcia Fe je redukovadlo CuII je oxidovadlo

Oxidácia – oxidačné číslo atómu sa zväčšuje – atóm elektróny odovzdáva Redukcia – oxidačné číslo atómu sa zmenšuje – atóm elektróny prijíma

elektrolýza Redoxná reakcia, ktorá prebieha pri prechode elektrického prúdu roztokom alebo taveninou (elektrolytom) Rozklad soli elektrickým prúdom Na kladnej elektróde (katóde) prebieha redukcia Na zápornej elektróde (anóde) prebieha oxidácia

Korózia Koróziou nazývame : Chemické zmeny, ktorými sa mení povrch kovov. Príčinou korózie sú nežiaduce redoxné reakcie. Pri týchto reakciách sa rozrušuje povrch kovov a mení sa na zlúčeniny s nežiaducimi vlastnosťami. Zvyčajne dochádza ku korózii preto, lebo na kovovom povrchu, vystavenom účinkom poveternostných podmienok , dochádza k chemickým reakciám, s látkami obsiahnutými vo vzduchu. Kovy sa menia najmä pôsobením vzdušného kyslíka, vodných pár, sulfánu, oxidu uhličitého, kyselín a hydroxidov. Najobyčajnejšou formou korózie je hrdzavenie železa. Železo zreaguje s kyslíkom a vodou a na jeho povrchu sa vytvorí červenohnedá vrstva hrdze. Hrdzavenie dokáže vážne oslabiť železné konštrukcie, stroje aj vozidlá. Niekedy to vyzerá horšie než to je.

Nekoroduje však len železo. Sodík a draslík reagujú s vodou dosť búrlivo, preto musia byť uchovávané v oleji, aby sa nezničili vlhkosťou vzduchu. Striebro na čistom vzduchu príliš nekoroduje, ale zlúčeniny síry spôsobujú, že pri korózii sa pokryje čiernou vrstvou sulfidu strieborného. Keď je teda striebro matné alebo čierne, treba ho vyleštiť. Napríklad zlato a platina si ponechávajú svoj lesk, pretože na ne atmosféra a znečisťujúce látky nepôsobia. Keď korózia určitého materiálu spôsobuje problémy, možno niekedy použiť aj alternatívny materiál. Ak chceme napríklad zabrániť hrdzaveniu, použijeme mosadzné skrutky miesto oceľových, no nie vždy to vyhovuje. Niektoré armatúry na lodiach sa vyrábajú z nehrdzavejúcej ocele ( má vysokú pevnosť a je vysoko odolná voči hrdzaveniu ).

Najjednoduchšou metódou boja proti korózii je potiahnuť základný materiál povlakom odolným voči korózii. Najčastejšie používaný je olej, ten však slúži iba ako dočasný povlak, lebo sa ľahko odstraňuje. Dlhodobejšiu ochranu poskytne mazací tuk, ktorý sa však po čase znečistí prachom. Vynikajúcu ochranu poskytne aj farba, ale pokiaľ sa poškodí náter, k poškodeným miestam môže preniknúť kyslík a vlhkosť a začne sa korózia, ktorá môže preniknúť aj pod neporušený náter a spôsobí ešte oveľa väčšie škody. V súčasnosti sa vyrábajú aj také farby, ktoré možno nanášať na hrdzavé železné predmety. Farba tak chemicky zreaguje s hrdzou. Kovy sa často chránia tým, že sa galvanicky pokovujú ( pochrómovanie, pozlátenie, poniklovanie ). Kovy sa tak pokrývajú vrstvou iného kovu, ktorý tak obohatí kov, ktorý je pod vrstvou, o jednu či viac vlastností. Napríklad niektoré automobilové súčiastky sa najprv pokovujú niklom a potom chrómom. Tak sa zabráni hrdzaveniu a oceľovým súčiastkam to dodá atraktívnu a tvrdú povrchovú úpravu. Mnohé oceľové súčiastky, ako plechy, matice, či drôty sa poťahujú zinkom. Tento proces sa nazýva galvanizácia - pozinkovanie . Doma sa najčastejšie dá pozorovať korózia ako hrdzavenie železa ( hrdzavejú ploty, strechy, niektoré časti auta alebo traktora, ale aj iné predmety z kovov, ktoré nie sú natreté farbou ), ale aj na strieborných náušniciach, ktoré nepríjemne sčernejú.

Galvanické články Každý prenosný elektrický spotrebič potrebuje pre svoj chod batériu. Tak isto aj auto a iné motory potrebujú k naštartovaniu batériu. Na to, aby sme pochopili fungovanie galvanických článkov a akumulátorov, si musíme vysvetliť elektrickú vodivosť kvapaliny a jej praktické využitie. V kvapalinách sprostredkujú elektrický prúd voľné pohyblivé katióny a anióny. Vodivé roztoky nazývame elektrolyty. Vznikajú rozpustením iónovej zlúčeniny v nejakom rozpúšťadle. Elektrolyty sú vodné roztoky mnohých solí( NaCl, KCl), kyselín (H2SO4 , HNO3 ) a zásad (KOH, NaOH). Ióny spolu s molekulami rozpúšťadla vykonávajú neustály a neusporiadaný pohyb. Ak do elektrolytu vložíme dve elektródy a pripojíme ich ku svorkám jednosmerného zdroja napätia, vznikne medzi elektródami elektrické pole vo vnútri elektrolytu, ktoré vyvolá usmernený pohyb iónov v roztoku (iónová vodivosť). Katióny sa začnú pohybovať ku katóde, pripojenej k zápornej svorke zdroja, a anióny k anóde, elektróde pripojenej ku kladnej svorke zdroja. S prenosom náboja pozorujeme tiež prenos látky. Usporiadaný pohyb iónov v el. poli medzi elektródami tvorí el. prúd v elektrolyte. Podľa dohody je smer prúdu určený smerom pohybu kladných iónov. Usporiadaný pohyb iónov v elektrolyte končí na elektródach, kde ióny odvádzajú náboje a vylučujú sa na povrchu elektród ako atómy, alebo molekuly, alebo chemicky reagujú s materiálom elektródy, či elektrolytom. Dej, pri ktorom prechodom el. prúdu elektrolytom, dochádza k látkovým zmenám, nazývame elektrolýza. Pri elektrolýze sa na katóde vždy vylučuje vodík, alebo kov. Výsledky elektrolýzy daného roztoku závisia od materiálu z ktorého sú elektródy. Vedenie el. prúdu v elektrolytoch študoval anglický fyzik M. Faraday (1791 – 1867). Zistil, že hmotnosti látok vylúčených na - 2 - elektródach sú priamo úmerné celkovému el. náboju, ktorý preniesli ióny pri elektrolýze – je to 1. Faradayov zákon. Polarizácia elektród sa využíva v sekundárnych galvanických článkoch – akumulátoroch. Príkladom je olovený akumulátor. U nabitého akumulátora sú obe elektródy tvorené PbSO4 . Vzniknutý galvanický článok má napätie asi 2,1 V (volta). Pri vybíjaní vzniká na oboch elektródach opäť PbSO4 . Akumulátor sa teda dá mnohokrát nabiť. Po častom nabíjaní sa akumulátor znehodnocuje, až nebude použiteľný.