Δυναμικό κυττάρων
Όπως γνωρίζουμε, ένα στοιχείο αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια:μια άνοδο και μια κάθοδο. Η άνοδος είναι θετικά φορτισμένη και η κάθοδος είναι αρνητικά φορτισμένη, επομένως υπάρχει διαχωρισμός φορτίου. Αυτός ο διαχωρισμός φορτίου έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία διαφοράς δυναμικού, αυτή η διαφορά δυναμικού ονομάζεται δυναμικό κυψέλης ή τάση. Ονομάζεται επίσης emf του κυττάρου. Αυτό το δυναμικό κυψέλης δημιουργεί / ρέει ρεύμα σε ένα κελί.
Να μελετήσει το κυτταρικό δυναμικό. πρώτα πρέπει να μάθουμε ορισμένους όρους που σχετίζονται με ένα κελί.
CELL:Υπάρχουν δύο τύποι κελιών:
Ηλεκτροχημικό κελί και Ηλεκτρολυτικό στοιχείο. Σε ηλεκτρολυτικά κύτταρα, δίνουμε / εφαρμόζουμε τάση στο κελί. Άρα, η τάση ενός ηλεκτρολυτικού στοιχείου θα είναι η τάση του εφαρμοζόμενου ηλεκτρισμού. Αλλά σε ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο, η τάση παράγεται στο στοιχείο. Άρα:γενικά μελετάμε το δυναμικό ή την τάση του στοιχείου του ηλεκτροχημικού στοιχείου. Η οξείδωση του μεταλλικού ηλεκτροδίου λαμβάνει χώρα στην άνοδο και η αναγωγή στην κάθοδο.
Δυνατότητα ηλεκτροδίου: Ένα στοιχείο έχει δύο ηλεκτρόδια άνοδος και κάθοδος που αποτελούνται από μέταλλα, οπότε όταν ολοκληρωθεί το κύκλωμα, το μέταλλο στην άνοδο αρχίζει να χάνει ηλεκτρόνια και το μέταλλο στην κάθοδο αρχίζει να αποκτά ηλεκτρόνια. Ως αποτέλεσμα αυτής της μεταφοράς ηλεκτρονίων, συμβαίνει διαχωρισμός φορτίου και στα δύο ηλεκτρόδια. Αυτός ο διαχωρισμός φορτίου δημιουργεί δυναμικό και στα δύο ηλεκτρόδια. Το δυναμικό που παράγεται σε κάθε ηλεκτρόδιο ονομάζεται δυναμικό ηλεκτροδίου. Το δυναμικό ηλεκτροδίου ενός μισού στοιχείου μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας ένα Τυπικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου. Επειδή το δυναμικό μισής κυψέλης του SHE είναι 0V.
Τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίων: Το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου είναι το δυναμικό ηλεκτροδίου ενός δεδομένου ηλεκτροδίου σε συγκέντρωση μονάδας, δηλαδή 1 mol σε πίεση 1 ATM και 25℃. Το τυπικό δυναμικό μείωσης είναι το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου του στοιχείου επειδή το δυναμικό αναγωγής είναι ίσο με το δυναμικό οξείδωσης. αλλά το δυναμικό οξείδωσης είναι αρνητικά φορτισμένο.
Δυνατότητα κυψέλης: Η διαφορά στη διαφορά δυναμικού που δημιουργείται και στα δύο ηλεκτρόδια ονομάζεται δυναμικό κυψέλης. Γενικά, η διαφορά μεταξύ της διαφοράς δυναμικού του δυναμικού που δημιουργείται σε κάθε μισό κελί ονομάζεται δυναμικό κυψέλης.
Ε⁰ κελί = E⁰ κάθοδος – Ε⁰ άνοδος
Ε κελί > 0 για μια αυθόρμητη διαδικασία
Το δυναμικό κυψέλης ονομάζεται επίσης emf του κυττάρου. Μετριέται σε Volts(V).
EMF =Δυναμικό μείωσης καθόδου – Δυναμικό μείωσης ανόδου
Το δυναμικό κυττάρων σχετίζεται επίσης με την ελεύθερη ενέργεια Gibbs.
∆G =-nE κελί F
Υπολογισμός του EMF του κυττάρου:
Λαμβάνοντας το κελί daniell για τον υπολογισμό του emf
Για 1 μοριακή συγκέντρωση το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου των αντιδράσεων μισού κυττάρου
Στην κάθοδο Cu2+ + 2e– → Το Cu είναι ίσο με E⁰κάθοδο =0,34 V.
Στην άνοδο Zn → Zn2+ + 2e– ισούται με Ε⁰άνοδο =-0,76 V.
Η πλήρης κυτταρική αντίδραση του κυττάρου Daniel είναι
Zn + Cu2+ ⇌ Zn2+ + Cu
Το emf του κελιού είναι
E⁰cell = E⁰κάθοδος – E⁰anode
E⁰cell = 0,34V – (-0,76)V
E⁰cell = 1,1V
Τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίων ορισμένων κυψελών
| Αντίδραση μισού κυττάρου | Τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίων |
| F 2 (g) + 2e – ⇌ 2F – (aq) | 2,87 |
| Al 3+ (aq) + 3e – ⇌ Al(s) | -1,67 |
| 2H + (aq) + 2e – ⇌ H 2 (g) | 0,00 |
| AgBr( s ) + e − ⇌ Ag( s ) + Br − | 0,80 |
| H 2 O 2 (aq) + 2H + (aq) + 2e – ⇌ 2H 2 O(l) | 1,78 |
| Φεβ 2+ (aq) + 2e – ⇌ Fe(s) | -0,44 |
| PbSO 4 ( s ) + 2 e − ⇌ Pb( s ) + ΛΟΙΠΟΝ 4 2− | -0,13 |
Εξίσωση Nernst για emf κελιού:
E κελί =Ecell – (RT/nF) ln Q
Ecell =δυναμικό κυψέλης
Eocell =δυναμικό κυψέλης τυπικής κατάστασης
R =καθολική σταθερά αερίου (8,31 J/mol K)
T =απόλυτη θερμοκρασία (σε Kelvin)
F =σταθερά Faraday (96,485 C/mole e–)
n =αριθμός γραμμομορίων ηλεκτρονίων που μεταφέρονται στο κύτταρο
Q =πηλίκο αντίδρασης
Σε σταθερή θερμοκρασία 25℃.
Ecell =Ecell – (0,0257/n) ln Q
ή όσον αφορά το log10
Ε κελί =E o κελί – (0,0592/n) αρχείο καταγραφής Q
Συμπέρασμα:
Σε αυτό το θέμα μελετήσαμε το δυναμικό κυψέλης ή το emf του στοιχείου και τον προσδιορισμό του με τη βοήθεια του δυναμικού κυψέλης μπορούμε να προσδιορίσουμε πόσο ρεύμα μπορεί να παράγει ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο ή μπαταρία. Το δυναμικό κυψέλης μας βοηθά επίσης να προσδιορίσουμε ποια μεταλλικά ηλεκτρόδια είναι καλά για την κατασκευή ενός στοιχείου.
