Galvanizálás. Elektrokémia B. Lukas Woolley, Rafael Adamek, Peter Krack. Február 24., ETH Zürich

Elektrochemie B Lukas Woolley Rafael Adamek Peter Krack ETH Zürich 2017. február 24

galvanizálás

Elektrolízis cella + - e e anódkatód e Cu CuSO 4 Cu 2+ Cu 2+ e

A sejttípusok két cellatípusra oszthatók: Galváncellák: Az elektromosságot kémiailag különböző elektródák hozzák létre. Elektrolízis cella: az anyagokat feszültség alkalmazásával állítják elő.

Felépítése e e Sóhíd Zn ZnSO 4 oldat Cu CuSO 4 megoldás ábra: Galvanikus cella vázlatos felépítése. Az elektronok az anódból a katódba áramlanak. A réz redukálódik és a cink oxidálódik.

A galvánelem működése A redox-reakció spontán megy végbe. A felszabadult energia közvetlenül villamos energiává alakítható. Galvanikus cellában ez a reakciópartnerek térbeli elválasztásával történik. Az 1. ábra szerinti sejt esetében a redox folyamat a következő: A félsejtes reakciók az anódra és Zn (s) + Cu 2+ Zn 2+ + Cu (s) (1) Zn (s) Zn 2+ + 2e (2) Cu 2+ + 2e Cu (s) (3) a katódhoz.

Sejtdiagram A teljes elektrokémiai cella leírható egy Zn (s) Zn 2+ (aq) .cu 2+ (aq) Cu (s) (4) celladiagrammal, ahol egy fázishatár leírja és. a sóhíd. Fontos: A spontán folyamat balról jobbra olvasható.

Az elektromotoros erő Az elektromotoros erő (EMF) hatására az elektronok egyik elektródáról a másikra mozognak. A galvanikus cella EMF-je feszültség, és cellafeszültség E-cellának is nevezik. Az EMF a félsejt-potenciálok közötti különbség felhasználásával számítható: E = E katód E anód (5) Minden félcellára a félsejt-potenciálokat a Nernst-egyenlet segítségével lehet kiszámítani: E = E 0 + RT z F ln (a (me 2+) ) (6) ahol a (me 2+) az oldatban lévő fémionok aktivitása.

Standard félsejtpotenciálok A félsejtpotenciálokat nem lehet egyedileg mérni. Ezért a standard hidrogénelektródhoz 0 V redukciós potenciált rendeltünk. 2H + (aq) + 2e H 2 (g) ERed 0 = 0,0 V (7) A redox párok standard redukciós potenciálja megtalálható az elektrokémiai sorokban.

Spontán reakció? Az E sejt potenciális különbsége közvetlenül kapcsolódik a szabad entalpia G változásához. G = zfe cella (8), ahol z az átvitt elektronok száma molban, F pedig a Faraday-állandó. Megjegyzés: Spontán reakcióban G mindig negatív, az E sejt pedig mindig pozitív.

Szerkezet + - e e anódkatód e Cu CuSO 4 Cu 2+ Cu 2+ e ábra: Egy elektrolízis cella sematikus felépítése. A katódot lassan rézzel vonják be az oldatból. A rézanód lassan leválik.

Hogyan működik Két elektróda van elektrolit oldatban. Az elektródák egyenáramú forráshoz vannak csatlakoztatva: A katód a negatív pólushoz A anód a pozitív pólushoz Ha az anód nem inert anyagból készül, az anyag oldatba megy, miközben az anyag a katódra rakódhat le.

Az elektrolízis alkalmazásai Az alkálifémek és az alkáliföldfémek nagy részének előállítása olvasztott sós elektrolízissel történik. Halogéntermelés elektrolízissel vizes közegben. Az analitikai kémiában a polarográfiában. Fémes bevonatok gyártása.

Réz a Garfield számára Ahhoz, hogy a Garfield viaszfigura rézzel legyen bevonva, képesnek kell lennie az elektromos áram vezetésére és rézanóddal párosított katódként kell csatlakozni. A viaszfürdő vezetőképessé tétele érdekében ezüst lakkal van bevonva. Réz-szulfát-oldat szolgál elektrolitként. A reakció most az anódon megy végbe és Cu (s) Cu 2+ + 2e (9) Cu 2+ + 2e Cu (s) (10) a katódnál

Első törvény Második törvény m I t (11) m 1: m 2 = M 1 z 1: M 2 z 2 (12)

Ennek eredménye: m = M I t z F (13)

Súlycsökkenésünk/[g] 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 ábra: A réz anód súlyvesztesége az idő függvényében. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 idő/[s]

Az általunk számított Faraday-állandónk F = 962421 (57) C mol -1 (14) F irodalmi érték = 96485 C mol -1 (15)

A Faraday-állandó és az Avogadro-szám (16) összefüggése F e = N A N A irodalmi érték = 6.022 10-23 mol -1 (17) Eredményünk N A irodalmi érték = 6.0181 (36) 10-23 mol -1 (18)