Elektrolýza, galvanický článek ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Projekt: Svět práce v každodenním životě Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.26/02.0007 Elektrolýza, galvanický článek Aktivita č.6: Poznáváme chemii Prezentace č. 28 Autor: Lenka Poláková

©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Elektrolýza Elektrolýza je děj, který probíhá na elektrodách při průchodu stejnosměrného el. proudu elektrolytem Elektrolyt je roztok nebo tavenina – obsahuje volně pohyblivé ionty (kationty, anionty), díky kterým vedou el. proud Pokus: elektrolýza roztoku ZnI2 do roztoku ZnI2 ponoříme dvě uhlíkové elektrody, připojíme ke zdroji stejnosměrného el. napětí, díky el. proudu dojde k pohybu iontů (Zn2+, I-) v roztoku a následně k chemickým reakcím na elektrodách

©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Schéma elektrolýzy 1

Reakce na elektrodách katoda – záporná elektroda – redukce ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Reakce na elektrodách katoda – záporná elektroda – redukce ke katodě se pohybují kladně nabité kationty (Zn2+), přijímají e- ze záporné elektrody – redukce redukce: Zn2+ + 2 e- → Zn vzniká kovový zinek anoda – kladná elektroda – oxidace k anodě se pohybují záporně nabité anionty (I-), odevzdávají e- na anodu – oxidace oxidace: 2 I- - 2 e- → I2 vzniká jod, projeví se červenofialovým zbarvením roztoku okolo anody Shrnutí: elektrolýzou roztoku ZnI2 vzniká zinek a jod

Využití elektrolýzy v praxi ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Využití elektrolýzy v praxi 1. výroba kovů (Al, Na, Mg) kovy, které reagují s vodou, se musí vyrábět elektrolýzou taveniny její sloučeniny, př.Na – elektrolýza taveniny NaCl hliník – elektrolýza taveniny Al2O3 s kryolitem (snižuje teplotu tání směsi, katoda – kapalný hliník, anoda – O2, kyslík reaguje s uhlíkovými elektrodami – vznik CO, CO2 schéma: elektrolytická výroba hliníku 2

Využití elektrolýzy v praxi ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Využití elektrolýzy v praxi 2. galvanické pokovování – pokrývání předmětů vrstvou kovu – pochromování, niklování, zlacení, pokrytí mědí katoda – kov. předmět, který chceme pokrýt jiným kovem anoda – z kovu, který chceme nanést na předmět (Cu) elektrolyt – roztok soli nanášeného kovu CuSO4, připojíme zdroj napětí anoda (oxidace): Cu – 2 e- → Cu2+ kov přechází v podobě iontu do roztoku katoda (redukce): Cu2+ + 2 e- → Cu rozpuštěný kov se opět redukuje – tvoří ochrannou vrstvičku předmětu

Využití elektrolýzy v praxi ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Využití elektrolýzy v praxi 3. Elektrolytické čištění kovů (Cu, Ni, Zn) katoda – čistá měď, anoda – znečištěná měď, elektrolyt – roztok měďnaté soli galvanické pokovování - schéma 3

Galvanický článek -historie ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Galvanický článek -historie Galvanický článek je zařízení, které je zdrojem stejnosměrného elektrického proudu, který vzniká při redoxních reakcích. Historie: název článku podle italského lékaře, přírodovědce a fyzika - Luigi Galvani (1737 – 1798) – při pitvání žabích stehýnek pozoroval záškuby po dotyku kovového předmětu, popsal „živočišnou elektřinu“ – zvláštní elektřinu, kterou nervy přenáší do svalů Luigi Galvani 4

Galvanický článek - historie ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Galvanický článek - historie italský fyzik Alessandro Volta (1745 – 1827) popřel Galvaniho teorii při pitvách žab, záškuby jsou vyvolané el. proudem, který vznikal reakcí kovů sestrojil první el. článek – zdroj el. proudu - Voltův sloup (zinková a měděná elektroda, elektrolyt tvořily plátky kůže nasáklé okyseleným roztokem H2SO4) jeho jméno nese jednotka el. napětí Volt Voltův sloup Alessandro Volta 5 6

Podstata galvanického článku ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Podstata galvanického článku Galvanický článek tvoří: zinková elektroda ponořená do ZnSO4, měděná elektroda ponořená do CuSO4 – připojíme k voltmetru prostory roztoků síranů jsou odděleny porézní přepážkou- umožňuje vodivé spojení, ale brání smíchání roztoků (viz. obrázek) ,nebo kádinky vodivě spojíme pomocí U-trubice naplněné roztokem KNO3 reakce na elektrodách:(vyplývá z Beketovovy řady kovů) oxidace (anoda): Zn – 2 e- → Zn2+ zinková elektroda se rozpadá → článek se vybíjí redukce (katoda): Cu2+ + 2 e- → Cu Cu se vylučuje na elektrodě → měděná el. narůstá dochází k přenosu elektronů, tj. vzniká el. proud, což se projeví výchylkou na voltmetru, el. proud s časem klesá

©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Galvanický článek 7

Využití galvanických článků ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Využití galvanických článků Využití galvanických článků: zdroj elektrické energie – v jednoduchých přenosných el. spotřebičích (není možno využít el. energii ze sítě): baterky, hodinky, mobilní telefony, notebooky, fotoaparáty, kamery … záložní zdroje při přerušení dodávky el. energie ze sítě (akumulátory), př. nemocnice Výhody: snadná přenosnost, malé rozměry, nízká hmotnost Nevýhody: nízké elektromotorické napětí, nízký výkon a krátká životnost

Dělení galvanických článků ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Dělení galvanických článků Dělení galvanických článků: primární – po vybití už se nedají opět nabít př. suchý článek sekundární = akumulátor – dají se opět nabít př. olověný akumulátor v motorových vozidlech různé galvanické články 8

Suchý článek Suchý článek (zinko-uhlíkový článek) ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Suchý článek Suchý článek (zinko-uhlíkový článek) záporná elektroda – zinkový obal - naplněný pastou (NH4Cl) kladná elektroda – uhlíková tyčinka obalená MnO2 napětí 1,5 V při vybíjení se spotřebovává Zn-obal článku, může vzniknout i díra, „baterie vyteče“, vyteče elektrolyt, který při vybíjení obsahuje hodně vody → koroze přístroje nahrazovány zinko-chloridovými články (elektrolyt je ZnCl2) „heavy duty“ vysoký výkon, nevytékají – voda se při vybíjení spotřebovává alkalické články – elektrody stejné, elektrolyt je KOH

vytečený zinko-uhlíkový článek ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Suchý článek schéma suchého článku 10 9 vytečený zinko-uhlíkový článek

Olověný akumulátor Pb + PbIVO2 + 2 H2SO4 2 PbIISO4 + 2 H2O ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Olověný akumulátor Olověný akumulátor nádoba naplněná H2SO4 - elektrolyt ponořeny desky z olova a z olova pokrytého PbO2 – pravidelně se střídají reakce: Pb + PbIVO2 + 2 H2SO4 2 PbIISO4 + 2 H2O obě elektrody se přeměňují na PbIISO4 a ubývá H2SO4 v elektrolytu obsažený PbIVO2 je jedovatý - nebezpečné pro životní prostředí – nevyhazovat do odpadu!! nabíjení akumulátoru stejnosměrným el. proudem tj. probíhá elektrolýza vybíjení nabíjení

©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Olověný akumulátor 12 11 rozdělaný olověný akumulátor - vlevo kladná elektroda, uprostřed separátor ze skelné vaty, nejvýš záporná elektroda 13 otevřený olověný akumulátor

Další používané akumulátory ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Další používané akumulátory Nikl-kadmiový akumulátor (NiCd) obyčejné dobíjecí baterie pozor – kadmium jedovaté !!! – sběr odpadů napětí 1,2V, nevadí skladování ve vybitém stavu NiMH = Nikl-metal hydridový akumulátor často používaný kvalitní akumulátor, napětí 1,2 V, dodává poměrně velký proud, přijatelná cena, dlouhá životnost, při nízkých teplotách se blokují hračky, drobná elektronika

Další používané akumulátory ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Další používané akumulátory 15 14 NiMH akumulátor Lithium-polymerový akumulátor

Další používané akumulátory ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Další používané akumulátory Lithium-iontový akumulátor (Li-Ion) – nejpoužívanější typ baterie v elektrotechnice, napětí 3,6 V Lithium-polymerový akumulátor (Li-pol, LiPO) akumulátor často používaný v osobních elektronických zařízeních(př. mobilní telefony, fotoaparáty, notebooky, RC modely…) napětí 3,7 V, nízká hmotnost, minimální samovybíjení, velká výkonnost, dlouhá životnost, rychlé nabíjení výroba těchto akumulátorů je technologicky i energeticky náročná - vyšší cena

Zdroje ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 Obrázky: Použité obrázky jsou dostupné pod licencí Creative Commons nebo Public Domain. 2. NikNaks. File:Schmelzflusselektrolyse von Aluminium.svg (original). http://commons.wikimedia.org. [Online] 30. 12 2011. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cryolite_Extraction_of_Aluminium.svg. 3. Wizard191. File:Copper electroplating.svg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 8. 5 2010. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Copper_electroplating.svg. 4. Ctac. File:Luigi Galvani, oil-painting.jpg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 2. 2 2013. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Luigi_Galvani,_oil-painting.jpg. 5. Chiesa, Luigi. File:Pila di Volta.jpg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 24. 10 2008. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pila_di_Volta.jpg. 6. Manuel, Dr. File:Alessandro Volta.jpeg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 2. 3 2006. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alessandro_Volta.jpeg. 7. Maxx. File:Galvanický článek.svg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 2. 8 2006. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galvanick%C3%BD_%C4%8Dl%C3%A1nek.svg. 8. Brianiac. File:Batteries.jpg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 26. 9 2003. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Batteries.jpg. 10. A, Lukas. File:Leaked zinc-carbon.jpg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 3. 4 2010. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Leaked_zinc-carbon.jpg. 11. A, Lukas. File:AGM inside.jpg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 27. 6 2009. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:AGM_inside.jpg. 12. Shaddack. File:Photo-CarBattery.jpg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 6. 11 2005. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photo-CarBattery.jpg. 13. Bullenwächter. File:Opened AGM battery.jpg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 6. 2 2014. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Opened_AGM_battery.jpg. 14. MarkSweep. File:NiMH 2500mAh.jpg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 8. 2 2005. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:NiMH_2500mAh.jpg. 15. Kristoferb. File:Lipolybattery.jpg. http://commons.wikimedia.org. [Online] 21. 5 2010. [Citace: 15. 11 2014.] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lipolybattery.jpg.

Zdroje ©Gymnázium Hranice, Zborovská 293 obrázky 1, 9 vlastní tvorba Knihy: Beneš Pavel, Pumpr Václav, Banýr Jiří. Základy chemie 2 - učebnice. Praha : Fortuna, 2004. ISBN 80-7168-748-0.