|
 |
|
Pozdrav!
Eto, sada sam napravio spisak svih pitanja oko elektrokemije na koje još nemam odgovora, a sada ako možda imate vrijeme i poznajete odgovore, bio bi vrlo sretan, ako bi mi odgovorili.
1. Prije smo prićali o jodu, fluoru i kloru i doznali, da je vrlo važan prenapon, koji je razlika između entalpije za nastanak radikala i entalpije za formiranje molekula. Ipak, wikipedia ne spomenuje ovog i kaže, da prenapon zavisi od puno stvari, i od materijala elektrod koje koristimo. Kakve ideje?
2. Litijum (Li) ima niži elektrodni potencijal neko kalijum (K), je bolji reducent. Ali ipak, kalij ima puno nižu ionizacijsku energiju (IE) nego litijum, je više reaktivan. Gdje je logika? (ovo sam već prije upitao ali do sad nisam ništa uspio saznat sam)
Sada galvanske ćelije:
3. Zašto nam trebaju dve otopini i elektrolitski ključ umjesto jedne čaše sa dvema elektrodama i mješanice svih ionov?
4. U čaši gdje imamo redukciju (na primer bakrovu elektrodu i otopinu CuSO4: Cu(2+) + 2e- ---> Cu), reduciraju se bakrovi ioni. Je li onda zaista važno kojeg materiala je elektroda (katoda)? Ja mislim da može bit s istim efektom i platina ili grafit ili nešto drugo, ne znam ... Zato što ništa se ne događa sa elektrodom, samo s ionima (u tom primeru Cu(2+), koji se reduciraju i zbiraju na katodi).
5. U mnogim knjigama pronađio sam primere galvanskih ćelija sa bakrom, cinkom i sumporno kiselino. Eksplanacija za djelovanje: cink se oksidira u Zn(2+) (elektroni ostaju na cinkovi anodi) i pridružuje se SO4(2-) ionima. Dva H+ iona ideta na bakrenu katodu ćekat na svoje elektrone; imamo napon.
a) Može takva ćelija postojat? Ja se čudim zašto kiselina jednostavno ne rastopi elektrod i prića završena. Pretpostavljam da kiselina nije koncentrirana i da do ovog ne dođe, a da se samo uradi malo soli. Ali ipak, ovo nije OK, zato što onda nemamo više H+ koje sam prije spomenuo da idu na katodu.
b) Zašto H+ idu ćekat elektrone na bakar ako jih možejo jednostavno pokupit na cinkovi elektrodi koja je negativna?? (ako bi se ovo zbivalo, ne bi imali napona i sve bi se rastopilo)
Ovo su sva pitanja oko elektrokemije na koje nemam odgovora i za neke tek nekoliko godina. Bilo bi stvarno super ako bi na njih odgovorili, ali vas ne silim da to učinite brzo; uzmite si vrijeme i možete mi odgovorit kasnije, kada ne budete imali toliko posla.
Puno puno hvala!!
Michel
|
|
Ime i prezime:
Michel Adamič
ada.mic94@gmail.com
|
 |
 |
Prošli put sam u pokušaju da predočim što je prenapon bio dosta neprecizan. Onoj energiji treba dodati još i entropijski doprinos tako da na se kraju prenapon, kao i napon, izvodi iz Gibbsove energije. Što se elektrodâ tiče, nije svejedno hoće li se nastali atomni vodik odmah osloboditi kao plin ili se možda vezati za elektrodu. Neki metali (platina, paladij) lako apsorbiraju vodik tako da se dio energije potrebne za nastanak atomnog vodika uštedi, budući da on ostaje vezan za metal. Ostali utjecaji, poput razmaka među elektrodama, njihove površine ili jakosti struje te koncentracije otopine, nisu mi posve jasni, osim utjecaja koncentracije koji se lijepo opisuje Nernstovom jednadžbom.
Reaktivnost, redukcijski elektrodni potencijal i energija ionizacije nisu isto. Energija ionizacije je energija koju treba uložiti kako bi se nekom atomu u plinovitom stanju otrgnuo elektron. Redukcijski elektrodni potencijal je pak vezan za vodene otopine, što će reći da se mora uključiti i interakciju čestica s vodom, tj. entalpije i entropije hidratacije. Reaktivnost, osim o energiji ionizacije, ovisi o drugim reaktantima, uvjetima i tomu što će reakcijom nastati.
U slučaju litija i kalija, presudna je entalpija hidratacije. Litijev kation, istog naboja kao i kalijev, ali znatno manji, puno se jače veže s molekulama vode posljedica čega su, kako ogromne topljivosti litijevih soli u vodi (hrpa ih je k tomu i higroskopna: imam već skoro godinu dana jednu čašu s otopinom litijevog klorida iz koje voda nikako da ishlapi), tako i razlike u elektrodnim potencijalima. Iako za nastanak kalijevog kationa u plinovitom stanju treba manje energije negoli za nastanak litijevog, u vodenim otopinama litijev će kation biti dodatno stabiliziran hidratacijom pa će u takvim uvjetima za njegov nastanak trebati manje energije odnosno niži napon.
Razlog za upotrebu dvije odvojene otopine je jednostavan: da se obje elektrode stave (npr. bakrena i cinčana) u istu čašu s otopinama solî obaju metala (npr. bakrov(II) i cinkov sulfat) te spoje žicama, ne bi bilo nikakve struje. Cinčana elektroda se bi otapala, ali bakar bi se, namjesto na bakrenoj, izlučivao opet na cinčanoj elektrodi. Takav razvoj događaja vođen je pukom energetskom ekonomijom. Lokalni galvanski članci traže manje energije od onih gdje su u igri još nekakve žice, struja bira put s najmanjim otporom. Poradi toga, želi li se napraviti kakva baterija, elektrode i njihove otopine moraju biti odvojene nekakvim elektrolitskim mostom.
Slično slučaju s vodikom, vjerojatno opet nije svejedno od čega su elektrode, ali nije mi poznato da će to zapriječiti elektrolizu. Bitno je samo da se elektrolizom ne troši elektroda. Primjerice, ako uzmeš željezne elektrode, uredno će se elektrolizom oslobađati hrđa. Rekao bih da je korisno da elektrode budu što plemenitije naravi (tj. što pasivnije), a nužno da ono što se elektrolizira bude manje plemenito (nižeg redukcijskog elektrodnog potencijala) od materijala elektrodâ. Inače bi se mogle zbivati i sporedne reakcije u kojima bi se elektrode otapale.
Onaj galvanski članak i mene malo čudi jer isto ne vidim zašto se ne bi jednostavno cink otopio u kiselini. Stoga sam jednostavno uzeo komadić bakra i komadić cinka te ih uronio u sumpornu kiselinu tako da budu u direktnom kontaktu iznad otopine. Vodik se oslobađao na oba komadića (elektrode) tako da se očito istovremeno stvorio galvanski članak i cink direktno otapao u kiselini. Kako sam uzeo prilično koncentriranu kiselinu, ne mogu reći što bi bilo kod manjih koncentracija. Što tjera elektrone na dulji put, nije mi posve jasno, a mogući krivac je prije spominjani prenapon, odnosno to da vodikovi atomi lakše nastanu na bakru negoli na cinku.
S tim sad treba povezati i pitanje o odvojenim otopinama i elektrolitskom mostu. Nije nevjerojatno da bi i tamo bio isti slučaj: dijelom bi se reakcije zbivale samo na jednoj elektrodi, a dijelom bi išle preko galvanskog članka. No, to svejedno treba izbjeći već i radi iskoristivosti takvog članka.
Uglavnom, otvorio si neka pitanja koja traže malo više istraživanja, možda čak i eksperimentalnog, ako se ne naleti odmah na korisnu literaturu. Ovo što sam napisao dobrim je dijelom nagađanje tako da ta tumačenja uzmi s rezervom. Nadam se da će ipak biti od koristi, makar i kao nekakav uvod u složenija objašnjenja koja tek trebaš naći ili dobiti.
Ako sam nešto nejasno napisao ili preskočio, svakako se opet javi.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Ivica Cvrtila
icvrtila@chem.pmf.hr
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
