Edasi koostatakse mõõteskeemid, mille abil määratakse · elektromotoorjõud uuritavale galvaanielemendile; · elektromotoorjõud galvaanielemendile, mis koosneb ühest uuritavast elektroodist (poolelemendist) ja võrdluselektroodist; · elektromotoorjõud galvaanielemendile, mis koosneb teisest uuritavast elektroodist ja võrdluselektroodist. Skeemi koostamisel võetakse käsiraamatust standardpotentsiaalide väärtused, mille abil hinnatakse, milline elektrood on uuritavas galvaanielemendis positiivne, milline negatiivne. Selle alusel toimub ühendamine voltmeetriga. Polaarsust tuleb silmas pidada ka galvaaniahela koostamisel võrdluselektroodi abil. Kahe viimase galvaanielemendi mõõdetud elektromotoorjõudu ja võrdluselektroodi standardpotentsiaali väärtust kasutatakse uuritavate elektroodide potentsiaalide arvutamiseks.
või 0,0591 a Redd 0 log Re z aOks Oks (6) Elektroodi standardpotentsiaal võrdub elektroodi potentsiaaliga, kui reaktsioonist osavõtvate ainete aktiivsused on võrdsed ühega. Standardpotentsiaalide väärtused erinevatele elektroodi- reaktsioonidele on toodud käsiraamatutes. Mõned erijuhud: Vaskelektroodi, millel toimub reaktsioon Cu2+ + 2e– → Cu potentsiaal avaldub 298 K juures järgmiselt: 0,059 Cu 2 ,Cu Cu 0 2 ,Cu log ( aCu 2 ) 2
Mz+ () + z e- - - M (t) [ Mz+ ] = 1M Standardpotentsiaali t¨ahistatakse E . YKI0020 Keemia alused Toomas Tamm 2011 S 2011/2012 18. Elektrokeemia 8 Elektroodi standardpotentsiaal Elektroodide standardpotentsiaalide n¨aiteid: Elektrood E , V K+ + e- - K 2,93 Ca2+ + 2 e- - Ca 2,87 Zn2+ + 2 e- - Zn 0,76 Pb2+ + 2 e- - Pb 0,13 2 H+ + 2 e- - H2 (Pt) 0 Cu2+ + 2 e- - Cu +0,34 Ag+ + e- - Ag +0,80
GALVANIELEMENT Galvanielement ehk elektrokeemiline element – seade, kus elektrienergia saadakse keemilise reaktsiooni energia või aine ülekandel saadud energia arvelt. oksüdeerumis- ja redutseerumisprotsess on üksteisest eraldatud. Danielli element – tuntuim galvanielement. elektrokeemiline rakk – kahest lahusest koosnev süsteem, mis on omavahel elektroodide ja soolasilla abil ühendatud nii, et tekib vooluring. standartne rakupotentsiaal – standardpotentsiaalide vahe. Eº = Eº (katood) - Eº (anood) Danielli elemendis: Eº = Eº (Cu2+/Cu) - Eº (Zn2+/Zn) ELEKTROLÜÜS elektrolüüs – redoksreaktsioon, mis toimub elektrolüüdi lahuses või sulas elektrolüüdis elektroodide pinnal elektrivoolu toimel. redutseerumis- ja oksüdeerumisprotsessi vaadeldakse eraldi reaktsioonidena.
Mis on oksüdeerija ja redutseerija? Määrake võrrandis oksüdeerija ja redutseerija. 102. Kirjeldage elektrokeemilist rakku. Nimetage ja kirjeldage elektrokeemiliste rakkude tüüpe. 103. Hinnake reaktsiooni vabaenergiamuutu elektrokeemilise raku potentsiaali abil. 104. Kirjutage redoksreaktsioonile vastav elektrokeemilise raku skeem. 105. Kirjutage elektrokeemilise raku skeemile vastav summaarne keemiline reaktsioon. 106. Määrake standardne rakupotentsiaal standardpotentsiaalide abil. 107. Ennustage redoksreaktsiooni kulgemise iseeneslikku suunda, kasutades elektrokeemilist pingerida. 108. Arvutage reaktsiooni tasakaalukonstant, lähtudes elektrokeemilise raku potentsiaalist. 109. Kasutage Nernsti võrrandit, hindamaks elektrokeemilise raku elektroodipotentsiaali. 110. Määrake kindlaks vesilahuses toimuva elektrolüüsi tõenäolised saadused, kasutades standardpotentsiaale. 5 111
ühendi teke Redoksreaktsioonid: elementide oksüd.-aste muutub reakts käigus: üks oksüdeerub, teine redutseerub (elektronkanne). Redoksreaktsioonide (RR) liigitus: Molekulide (ioonide) vahelised, Molekulisisesed, Disproportsioneerumisreaktsioonid. Elektrokeemilised protsessid: Elektrolüüs - lagunemine el-voolu toimel. Metallide suhtelist aktiivsust üksteise suhtes väljendab standardpotentsiaal- suhtel. suurus. Standardpotentsiaalide kasvu rida - METALLIDE PINGERIDA. aktiivsem metall oksüdeerub, passiivsem redutseerub. Korrosioon: - vabade elektronide osavõtul toimuv reaktsioon, milles metall reageerib elektrolüüdilahusega (oksüdeerub, korrodeerub - aktiivsem metall).
nimetatakse metallide pingereaks. Pingereas vesinikust eespool on aktiivsed metallid, mis tõrjuvad lahjendatud hapetest välja vesiniku 87. Standardne elektroodpotentsiaal. Mõiste ja kust nende väärtusi leida ja mida nendega teha saab. 88. Nernsti võrrand. Valem koos selgitustega. 3 Kõikide teiste elektroodide potentsiaale vesinikelektroodi suhtes standardtingimustel nim. standardseteks redokspotentsiaalideks (E0, V). Standardsete redokspotentsiaalide (ka nn. standardpotentsiaalide) väärtused on toodud vastavates käsiraamatutes. Mida suurem positiivne on E 0, seda tugevam oksüdeerija; mida väiksem on E0, seda tugevam redutseerija, seega anoodiks (redutseerijaks) on element, mille E0 on väiksem (tsink), katoodiks (oksüdeerijaks) element, mille E0 on suurem (vask). Tugevaim tuntud oksüdeerija on fluor F2 (mistõttu fluoril puuduvad positiivse oa-ga ühendid), tugevaim redutseerija metalliline liitium. 89. Galvaanielement, töötamise põhimõte, näide.
detaililt eemaldatakse. g. Detailide poleerimine Kasutatakse suuri pingeid (nt. terase poleerimisel 40-60V, tihedusega 400-600A/m2) ning tõsiasja, et vool liigub üldjuhul läbi teravike, mistõttu saabki voolu abil detaile poleerida. 28. Elektroodide mõisted elektrokeemias. Elektroodi standardpotentsiaali mõiste, kuidas seda määratakse ja millest oleneb selle suurus? Järjestage standardpotentsiaalide suurenemise järjekorras Fe, Zn, Sn, Al ja Cu. Milline on kontaktkorrosioon? Millised on tüüpilised kontaktkorrosiooni toimumise kohad praktikas? a. Keemias on kasutusel kahte tüüpi elektroode: lahustuvad elektroodid ja ainult elektrone üle kandvad elektroodid. Elektroodi, mille standardpotentsiaal on kõrgem nim. katoodiks ning elektroodi, mille standardpotentsiaal on madalam nim. anoodiks. b
Anoodil (tsinkelektrood): Zn oksüdeerimine Katoodil (vaskelektrood): Cu redutseerumine Elektroodipotentsiaalide vahet (pinge elektroodide vahel) nimetatakse galvaanielemendi elektromotoorjõuks Gibbsi energia muut määrab reaktsiooni toimumise suuna/spontaansuse. Juhul, kui ei ole tegemist standardtingimustega, tuleb arvestada elektroodipotentsiaalide ja vastavalt elektromotoorjõu sõltuvust temperatuurist ja kontsentratsioonidest. Standardpotentsiaalide kasvu järjekorras paigutatud metallelektroodid moodustavad metallide pingerea. Keemilised vooluallikad on praktilises kasutuses olevad galvaanielemendid, mida kasutatakse elektrivoolu saamiseks. Head vooluallikat iseloomustab: - suur erimahtuvus (toodetava energiahulga ja massi või ruumala suhe) - elektromotoorjõu (klemmipinge) konstantsus vooluallika tühjenemisel - madal sisetakistus (võimaldab saada tugevat voolu) - hea säilivus Keemilised vooluallikad
[2] Redoksreaktsioonid. Redoksreaktsioon ehk redutseerumis-oksüdeerumisreaktsioon on keemiline reaktsioon, mille käigus aatom (või ioon) liidab või loovutab elektrone. Elektronide liikumise tõttu muutub ka aatomi oksüdatsiooniaste. Redoksreaktsioon saab toimuda ainult siis, kui reageerivate ühendite redokspotentsiaalid on erinevad. Metallide pingerida, redokspotentsiaal. Metallide elektrokeemiline pingerida (ka metallide aktiivsuse rida, metallide pingerida) on metallide standardpotentsiaalide lineaarne järjestus, kus ülemised metallid on alumistest aktiivsemad. Metall Ioon Aktiivsus Eraldamine K K+ Na Na+ Li Li+ reageerib veega Sr Sr2+ elektrolüüs Ca Ca2+ Mg Mg2+ reageerib hapetega Al Al3+ C võrdluseks
kolloiddispersiooni astmeni ja lisades stabilisaatorit. 2) olekusse s.t. iseenesest saavad kulgeda ainult need protsessid, mille Metallelektroodide standardpotentsiaalide kasvu rida Kondetpatsiooni meetodil - luues tingimused ioonide või moolide puhul Gibbsi energia vägeneb. Gibbsi energia vähenemine nimetatakse metallide pingereaks Pingereas eelpool
2Ag+ + Cu = 2Ag + Cu2+ Elektrokeemilise ahela potentsiaal on vahe üksikute elektroodide potentsiaalide vahel E = Ekatood Eanood Pole võimalik mõõta üksiku elektroodi elektromotoorjõudu, tuleb kasutada võrdlust mingi kindla kokkuleppelise elektroodiga - vesinikelektrood. Kõikide teiste elektroodide potentsiaale vesinikelektroodi suhtes samadel tingimustel nim. standardseteks redokspotentsiaalideks (E0, V). Standardsete redokspotentsiaalide (ka nn. standardpotentsiaalide) väärtused on toodud vastavates käsiraamatutes 110. Galvaanielemendi elektromotoorjõu leidmine (osata arvutada standardpotentsiaalidest). E0 = E0 oks E0 red Katood anood (-) Zn(t) | ZnSO4 (aq) | K2SO4küllast. | CuSO4 (aq) | Cu(t) (+) anood | lahus | soolasild | lahus | katood + E0(Zn2+/Zn) = 0,76 V E0(Cu2+/Cu) = 0,34 V E0 = 0,34 - (-0,76) = 1,10 V 111. Metallide pingerida.
oküdats-l vabanevat soojust, et koost en.bialansi. Kütuste ühes l-s lahuses. 4) molaarsus lah-d aine moolide arv tuhandes g-s poole : (-) Zn |ZnS O4| |CuSO4| Cu (+) põl.soojusi e. kütteväärtusi tuleb arvest soojusseadmete ja lahustis 5) normaalsus lah-nud aine ekvivalentide arv ühes l-s Metallelektroodide standardpotentsiaalide kasvu rida mootorite konstr-l. lahuses 6) (moolimurd % )/100- lah-d aine moolide arvu suhe üld nimetatakse metallide pingereaks Pingereas eelpool 5.4 Entroopia (S). moolide arvusse. , moolimurd % - lahustunud aine moolide arvu suhe oleva negatiivsema standardpotentsiaaliga metall
§ Liivaosakesed peavad täitma vahed kruusaosakeste vahel tingimustel Põhiline konstruktsioonimaterjal: saab valada kohapeal, kõveneb nim. standardseteks redokspotentsiaalideks (E0, V). Standardsete toatemperatuuril. redokspotentsiaalide § Puudused: suhteliselt nõrk ja habras; temperatuuri muutused (ka nn. standardpotentsiaalide) väärtused on toodud vastavates põhjustavad paisumist ja kokkutõmbumist; vesi tungib pooridesse ja see käsiraamatutes põhjustab pragunemist külmas kliimas. § Omadusi saab parandada lisanditega. 107. Galvaanielemendi elektromotoorjõu leidmine (osata 112. Elektrolüüs: sulatatud soolade ja vesilahuste arvutada elektrolüüs, näited. standardpotentsiaalidest).
Elektrolüüsiahel, töötamise põhimõte, näide. potentsiaalide vahel E = Ekatood Eanood n Pole võimalik mõõta üksiku elektroodi elektromotoorjõudu, tuleb kasutada võrdlust mingi kindla kokkuleppelise elektroodiga - vesinikelektrood. Kõikide teiste elektroodide potentsiaale vesinikelektroodi suhtes samadel tingimustel nim. standardseteks redokspotentsiaalideks (0, V). Standardsete redokspotentsiaalide (ka nn. standardpotentsiaalide) väärtused on toodud vastavates Vajab reaktsiooni toimumiseks välist pingeallikat käsiraamatutes n Ag elektrood on positiivne anood n Cu elektrood on negatiivne katood
tsingiioonid lahusesse, Cu SO4 lahusest lähevad Cu ioonid vaskplaadile ja nad neutraliseeruvad. Kulgevad järgmised reaktsioonid: Zn 2e- =Zn2+ (anoodil oksüdatsioon) ja Cu2+ + 2e- =Cu0 (katoodil redukseerumine) Lahuse elektroneutraalsuse säilitamiseks liiguvad SO4 2- ioonid Cu elektroodilt Zn elektroodi poole: Galvaanielemendi elektromotoorse jõu määrab potentsiaalide vahe: Eg=E2-E1 Metallelektroodide standardpotentsiaalide kasvurida nim. metallide pingeraeaks. Pingeraes eelpool oleva negatiivsema standardpotentsiaaliga metall tõrjub vesilahusest välja kõik temast tagapool olevad metallid ja vesiniku. PINGERIDA: 7.2 Keemilised vooluallikad Keemilistes vooluallikates saadakse elektrivoolu redoksreaktsioonides vabaneva energia arvel. Galvaanielementides kasut. elektrokeemiliselt aktiivsete ainete energiat ühekordselt.
redoksreaktsiooni suuna leidmiseks. Näide 1. Arvutage süsteemi MnO 4- + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H 2 O redokspotentsiaal temperatuuril 25 o C pH väärtustel 1; 3 ja 6, kui a MnO - 4 = 1. a Mn 2+ Lahendus. Redokspotentsiaali arvutame seosest 8 o RT a MnO 4- a H + E=E + ln . zF a Mn 2+ Standardpotentsiaalide tabelist leiame, et paari MnO 4- /Mn 2+ jaoks E o = 1,51 V. Seega 8,314 298 2,3 E = 1,51 + loga 8H + 5 96500 0,059 1) pH = 1; E = 1,51 + log(10 -1 )8 = 1,42 V ; 5 0,059 2) pH = 3; E = 1,51 + log(10 -3 )8 = 1,23 V; 5
hõbetatud vasest hõbeda eraldamine. Detailide poleerimine: viimistlustöötlemine sileda pinna saamiseks. Kuna vool liigub eelistatult läbi teravike, siis need lahustuvad kõigepealt. Pinged on suuremad kui galvaanilisel katmisel. Terase poleerimisel pinge nt 40-60V, tihedus 400-600 A/m 2, elektrolüüdiks HClO4 lahus. 31 . Elektroodide mõisted ja tüübid elektrokeemias. Elektroodi standardpotentsiaali mõiste, kuidas seda määratakse ja millest oleneb selle suurus? Järjestage standardpotentsiaalide suurenemise järjekorras puhtad Fe, Zn, Sn, Al ja Cu. Milline on kontaktkorrosioon ? Millised on praktikas tüüpilised kontaktkorrosiooni toimumise kohad? Kuidas tõrjuda kontaktkorrosiooni ? Elektroodid on anoodid ja katoodid. Katoodiks on elektrood, mille standardne redokspotensiaal E 0 on suurem, anoodiks on elektrood, mille E0 on väiksem. Inertne elektrood on elektrood, mis elektolüüsi ajal ei muutu (ei lahustu, nt plaatinaelektrood). Aktiivne elektrood on
Pinged on suuremad kui galvaanilisel katmisel. Terase poleerimisel pinge nt 40-60V, tihedus 400-600 A/m 2, elektrolüüdiks HClO4 lahus. Elektrokeemiliselt tasub toota neid metalle, mille tootmine tavaliste metallurgiliste võtetega, näiteks redutseerimine süsinikuga, on tülikas või võimatu . 32. Elektroodide mõisted ja tüübid elektrokeemias. Elektroodi standardpotentsiaali mõiste, kuidas seda määratakse ja millest oleneb selle suurus? Järjestage standardpotentsiaalide suurenemise järjekorras puhtad Fe, Zn, Sn, Al ja Cu. Milline on kontaktkorrosioon? Millised on praktikas tüüpilised kontaktkorrosiooni toimumise kohad? Kuidas tõrjuda kontaktkorrosiooni ? Elektrood on mittemetalse keskkonnaga kokkupuutes olev juht, mis ühendab keskkonna elektriahela teise osaga. Elektrood peab juhtima elektrit keskkonda või sellest välja ja peab sisaldama aatomeid, mis muudavad oma oksüdatsiooniastet. Elektrolüüsis kulgeb reaktsioon elektroodide pinnal -
00 V) ja teisi elektroode võrreldakse sellega. Et saada mingi muu elektroodi potentsiaal, koostatakse süsteem (galvaanielement) uuritavast elektroodist ja vesinikelektroodist ning mõõdetakse potentsiaal nende vahel. Teiste elektroodide potentsiaale vesinikelektroodi suhtes standardolekus nimetatakse standardseteks redokspotentsiaalideks (E0 või .0, V) või ka standardpotentsiaalideks ja nad on esitatud käsiraamatutes vastavate tabelitena. Elektroodide standardpotentsiaalide näiteid: Mida suurem (positiivsem) on E0, seda tugevam oksüdeerija, mida väiksem on E0, seda tugevam redutseerija st. katoodiks on elektrood, mille E0 on suurem, anoodiks elektrood, mille E0 on väiksem. Metallelektroodide rida, järjestatuna E0 kasvu järgi, nimetatakse metallide pingereaks. · Pingereas vesinikust eespool on aktiivsed metallid, mis tõrjuvad lahjendatud mitteoksüdeerivatest (HCl, HBr) või nõrkadest oksüdeerivatest hapetest (H2SO4) välja vesiniku
galvanoplastika puhul võib vormi võtta elektrit mittejuhtivalt esemelt, kui ta enne katta õhukese voolu juhtiva kihiga. Galvanoplastika eeliseks muude vormivõtmise meetodite ees on see, et seda tehakse toatemperatuuril, eset ei ole vaja mehhaaniliselt töödelda ning ka keerulise kujuga esemetest saab võtta väga täpse vormi. 31. Elektroodide mõisted ja tüübid elektrokeemias. Elektroodi standardpotentsiaali mõiste, kuidas seda määratakse ja millest oleneb selle suurus? Järjestage standardpotentsiaalide suurenemise järjekorras puhtad Fe, Zn, Sn, Al ja Cu. Milline on kontaktkorrosioon? Millised on praktikas tüüpilised kontaktkorrosiooni toimumise kohad? Kuidas tõrjuda kontaktkorrosiooni? Elektrood on mittemetalse keskkonnaga kokkupuutes olev juht, mis ühendab keskkonna elektriahela teise osaga. Elektroodi ülesandeks on voolu juhtimine keskkonda või sellest välja, aga ka elektrivälja tekitamine, mistõttu on elektrood tavaliselt metallist ja sihipärase kujuga.
Detailide poleerimine: viimistlustöötlemine sileda pinna saamiseks. Kuna vool liigub eelistatult läbi teravike, siis need lahustuvad kõigepealt. Pinged on suuremad kui galvaanilisel katmisel. Terase poleerimisel pinge nt 40-60V, tihedus 400-600 A/m2, elektrolüüdiks HClO4 lahus. 32. Elektroodide mõisted ja tüübid elektrokeemias. Elektroodi standardpotentsiaali mõiste, kuidas seda määratakse ja millest oleneb selle suurus? Järjestage standardpotentsiaalide suurenemise järjekorras puhtad Fe, Zn, Sn, Al ja Cu. Milline on kontaktkorrosioon ? Millised on praktikas tüüpilised kontaktkorrosiooni toimumise kohad? Kuidas tõrjuda kontaktkorrosiooni ? Elektrood on mittemetalse keskkonnaga kokkupuutes olev juht, mis ühendab keskkonna elektriahela teise osaga. Elektroodi ülesandeks on voolu juhtimine keskkonda või sellest välja, aga ka elektrivälja tekitamine, mistõttu on elektrood tavaliselt metallist ja sihipärase kujuga
annaabi.ee 
