ELEKTROCHEMIE Zabývá se rovnováhami a ději v soustavách obsahujících ………………………….. elektricky nabité částice KATIONTY ANIONTY Ca2+ x Ca+II samostatný kation oxidační číslo ve sloučenině např. v roztoku jen ve sloučenině

OXIDACE = ……………………….. REDUKCE = ………………………….. Redoxní děj: zvýšení oxidačního čísla snížení oxidačního čísla C0 + O20 CIVO2 -II Oxidace C0 - 4e- CIV Redukce 2O0 + 4e- 2O-II

OXIDAČNÍ ČINIDLO: REDUKČNÍ ČINIDLO: OXIDAČNÍ ČINIDLO: jinou látku oxiduje, samo se redukuje, přijímá elektrony od jiné látky. REDUKČNÍ ČINIDLO: jinou látku redukuje, samo se oxiduje, odevzdává elektrony jiné látce. OXIDAČNÍ ČINIDLO: jinou látku oxiduje, samo se redukuje, přijímá elektrony od jiné látky. REDUKČNÍ ČINIDLO: jinou látku redukuje, samo se oxiduje, odevzdává elektrony jiné látce. 3

Elektrická dvojvrstva: pokud ponoříme kov do vody, část kationtů z jeho povrchu se uvolní elektrony ………………………….., …………………… povrch kovu se nabíjí …………. a okolí ……………. 2 ………. elektricky nabité vrstvy elektrická dvojvrstva se uvolnit nemohou zůstávají v kovu záporně kladně opačně 4

Poločlánek: …… ponořený do roztoku …………. (Cu do ……………, Zn do ……………..) některé kovy (Zn) svoje kationty …………………….. jiné (Cu) je ……………………. vzniká ………………., nabíjí se na určitý potenciál hodnotu ………….. kov vlastní soli CuSO4 ZnSO4 do roztoku uvolňují z roztoku přijímají el. dvojvrstva nelze měřit

Článek: - + anoda katoda vodivé propojení dvou ………………….. rozdíl dvou potenciálů = …………………………. hodnotu ……………. Zn0→ Zn2++ 2e- Cu2++ 2e- → Cu0 poločlánků ELEKTRICKÉ NAPĚTÍ lze měřit - + anoda katoda

vodivě propojen solným můstkem Daniellův článek: nejjednodušší vodivě propojen solným můstkem …………. = elektroda, kde probíhá ……………. John Frederic Daniell ANODA OXIDACE KATODA REDUKCE

Standardní (redukční, redoxní) potenciál kovu: ………………….. mezi elektrodami článku sestaveného z daného ……. ponořeného do roztoku svých iontů o koncentraci 1 mol/l a …………………… E0 (V) Vodíková elektroda : srovnávací poločlánek, ………………. stanoveno ………………… platinový plíšek, na kterém se zachychuje plynný vodík ponořený do roztoku o koncentraci H+ iontů 1 mol/l (jednotkové koncentraci) rozdíl potenciálů kovu vodíkové elektrody E0(H2) = 0 V dohodou

Neušlechtilé kovy H Ušlechtilé kovy E0 = - E0 = 0 E0 = + Beketovova řada napětí kovů: Neušlechtilé kovy H Ušlechtilé kovy E0 = - E0 = 0 E0 = + K Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Cd Ni Sn Pb H Bi Cu Hg Ag Au N. Beketov si všiml, že některé kovy mohou „vytěsnit“ jiné kovy z jejich sloučenin a seřadil je podle této schopnosti Nikolaj Nikolajevič Beketov

Standardní potenciály některých kovů: číselné vyjádření Beketovovy řady seřazení (nejen) kovů podle vzrůstajícího standardního potenciálu Elektroda Potenciál (V) Li+/Li - 3,02 K+/K - 2,92 Na+/Na - 2,71 Zn2+/Zn - 0,76 Fe2+/Fe - 0,43 Fe3+/Fe - 0,04 H+/H 0,00 Cu2+/Cu + 0,34 Ag+/Ag + 0,80 Hg2+/Hg + 0,85 Au+/Au + 1,50 (všechny děje jsou uvedeny ve směru redukce)

Z řady napětí kovů plyne: Kov ležící nalevo může vytěsnit kov ležící napravo Fe + CuSO4 Cu + FeSO4 je silnější REDUKČNÍ činidlo než kov napravo reaguje s kyselinou za uvolnění H2 Zn + 2 HCl H2 + ZnCl2 Kovy ležící napravo reagují s kyselinami, které mají oxidační účinky. Nevzniká vodík. 3 Cu+ 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Čím menší standardní potenciál, tím silnější redukční činidlo.

Nernstova rovnice: výpočet potenciálu kovové elektrody, která vysílá do roztoku kationty E = E0 + RT/νF . ln c R ... univerzální konstanta = 8,314 47 J. K−1. mol−1 ν ... náboj iontu F … Faradayův náboj, náboj 1 molu elektronů, 96 485 C/mol c ... koncentrace iontu Je-li znám E0, vypočítáme potenciál pro libovolnou koncentraci iontu Nernstova-Petersova rovnice: výpočet potenciálu libovolné redoxní soustavě E = E0 + RT/νF ln (cox/cred) cox/cred … koncentrace oxidované a redukované formy látky

Napětí mezi poločlánky (ve standardním stavu) E (V) = rozdíl E0 jednotlivých poločlánků (od většího čísla odečteme menší) Vypočítej rozdíl potenciálů: Zn a Cu článku E0 (Zn2+/Zn)= -0,763 V E0 (Cu2+/Cu)= +0,337 V Zn a Pb článku E0 (Pb2+/Pb)= -0,126 V -0,763 V 0 V 0,337 V E = +0,337 – (-0,763) E = 1,1 V -0,763 V -0,126 V 0 V E = -0,126 – (- 0,763) E = 0,637 V

GALVANICKÉ ČLÁNKY Vnějším spojením obou elektrod dochází k samovolné reakci – soustava koná práci, poskytuje elektrickou energii TYPY GALVANICKÝCH ČLÁNKŮ Primární – nevratné, nedají se znovu nabít Sekundární – vratné, dají se znovu nabít, akumulátory Palivové články – přivádí se nepřetržitě palivo, elektrody se neúčastí reakce

Luigi Galvani Luigi Galvani lékař a porodník z Bologne, univerzitní profesor objevil stahy mrtvých svalů po zásahu elektřinou (statickou nebo vyvolanou spojením dvou kovů), po něm nazván jev „galvanismus“

…….., také Lechlancheův článek elektrolyt původně jen NH4Cl Primární články: Daniellův článek Zn a Cu plíšek v roztoku svých solí Zn ……………………….., Cu ………………………… (……………………………………..) napětí = 1,1 V …….., také Lechlancheův článek elektrolyt původně jen NH4Cl vylepšen ZnCl2 – delší výdrž, nevyteče napětí = …… – ……………., ………………… - …………. Zn0 + 2 NH4Cl + 2 MnIVO2 → 2 MnIIIO(OH) + [ZnII(NH3)2]Cl2 se oxiduje a rozpouští se redukuje a sráží do spotřebování výchozích látek suchý 1,5 V monočlánek 3 za sebou (4,5 V) baterie

1:celý článek 2:kovový vnější obal s potiskem 3:zinková záporná elektroda 4:uhlíková tyčinka 5:kladná elektroda (oxid manganičitý a práškový uhlík nasáklý elektrolytem) 6:papírový separátor 7:polyethylénová nepropustná vrstva 8:těsnící kroužky 9:záporný pól 10:kladný pól (původně připevněn k uhlíkové tyčince) Rozebraný zinko-chloridový článek (podobný zinko-uhlíkovému)

do naslouchátek, hodinek napětí = 1,35 V Rtuťový článek do naslouchátek, hodinek napětí = 1,35 V delší životnost než suchý Leclancheův Alkalický článek ocelový váleček katoda z MnO2 anoda - práškový Zn v elektrolytu (KOH nebo NaOH a voda) dnes nejpoužívanější Rovnice vyjadřuje děj probíhající při odběru proudu. 19

Lithiový článek dlouhá životnost kardiostimulátory aj. Zleva: kovový obal - anoda s vrstvou lithia (poškrábaná místa na vzduchu rychle oxidují), pórovitý separátor, katoda z oxidu manganičitého, kovová mřížka jako "sběrač proudu", kovový obal - kladný pól. Dole těsnící plastový kroužek

2) Sekundární články: akumulátory v ………………… nebo tam, kde …………………………… …… (v osvětlovacích zařízeních, nemocnicích, zabezpečovacích zařízeních, v telekomunikaci, v jaderných elektrárnách...) - průchodem ………………….. proudu se akumulátor ……….., po odpojení zdroje běží ……………………………………….. a poskytuje ……………………….. by výpadek elektřiny ohrozil provoz automobilech stejnosměrného nabíjí zpětná reakce samovolně elektrickou energii

1 sada deskových elektrod dává 2 V → napětí 6,12, 24 V podle počtu sad Olověný akumulátor Reakce: vybíjení Pb +PbO2 +2 H2SO4 2 PbSO4 +2H2O nabíjení 1 sada deskových elektrod dává 2 V → napětí 6,12, 24 V podle počtu sad

Nikl-kadmiový akumulátor NiMH akumulátor anoda - směs hydridů kovů (Ni, Co, Mn… ) katoda NiO(OH) elektrolyt - vodný roztok KOH Lithium-iontový akumulátor anoda uhlík, katoda oxid kovu, elektrolyt lithiová sůl mobily, notebooky…

ELEKTROLÝZA redoxní reakce, která je umožněna průchodem ………………… proudu ………… nebo …………. elektrolytu opak redoxních dějů v ……………. ANODA = elektroda, kde probíhá OXIDACE KATODA = elektroda, kde probíhá REDUKCE stejnosměrného roztokem taveninou el. článku

kladné ionty (………..) putují k ……….. elektrodě záporné ionty (………..) ke ………. elektrodě elektrolýza taveniny NaCl elektrolýza roztoku NaCl s kapkou fenolftaleinu kationty záporné anionty kladné KATODA ANODA KATODA ANODA 2 Cl- - 2 e- → 2 Cl0 → Cl2 A: A: 2 Cl- - 2 e- → 2 Cl0 → Cl2 K: 2 Na+ + 2 e- → 2 Na0 H2O + 2e- → 2 OH- + H2 K:

Faradayovy zákony: Vyloučené množství látky je přímo úměrné prošlému náboji. m = A * Q Q = I*t (proud*čas) m = A * I * t A elektrochemický ekvivalent Látková množství vyloučená týmž nábojem jsou chemicky ekvivalentní. m/M = I*t / ν*F A = M / ν*F M molární hmotnost F Faradayova konstanta 96 485 C/mol t doba elektrolýzy (s) ν náboj iontu m hmotnost

Využití elektrolýzy: elektrolytická výroba kovů z tavenin čištění kovů galvanické pokovování (galvanizace) - protikorozní ochrana