ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Φυσ

ική

Χη

μεί

α ΙΙ

+ - + com

Ω

OFF

V/Ω A

V/ac

A/dcA/ac

V/dc

Cu(s)

II

πρότυπο ηλεκτρόδιο Cu

πρότυπο ηλεκτρόδιο Zn

Zn(s)

γέφυρα άλατος

κίνησηκατιόντων

Ω

m

100 mL

Cu2+

e-e-

Zn2+

100 mL

κίνησηανιόντων

+ -

Σημε

ιώσε

ις για

το μά

θημα

Ηλεκτροχημικά

Ευκλείδου Τ. Παναγιώτου Σ. Γιαννακουδάκης Π.

Φυσ

ική

Χη

μεί

α ΙΙ

στοιχεία

Τμήμα Χημείας ΑΠΘ

Φυσ

ική

Χη

μεί

α ΙΙ Ση

μειώ

σεις

για το

μάθη

μα

Ηλεκτροχημικά

περιεχόμενα κατάλογος σχημάτων

Ευκλείδου Τ. Παναγιώτου Σ. Γιαννακουδάκης Π.

Φυσ

ική

Χη

μεί

α ΙΙ

στοιχεία

Τμήμα Χημείας ΑΠΘ

+- A

κάθοδοςάνοδος

γέφυρα άλατος

Eemf+-

Περιεχόµενα --- Σχήµατα

Ευκλείδου Τ.– Παναγιώτου Σ. –Γιαννακουδάκης Π. ΔιΧηΝΕΤ -‐ Εργαστήριο Φυσικοχημείας -‐ Τμήμα Χημείας -‐ ΑΠΘ

1

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 [ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑΛΥΤΙΚΗ ΤΑΣΗ] ..................................................... 18

1.1 Ηλεκτροδιαλυτική τάση των µετάλλων .............................................................. 18

1.2 Η αποκατάσταση της ισορροπίας της ηµιαντίδρασης της ηλεκτροδιαλυτικής

τάσης…………………………………………………………………………………………20

1.3 Η ισορροπία ανάµεσα στην οξειδωµένη (Οx) και αναγµένη (Red) µορφή του

µετάλλου ..................................................................................................................... 22

1.4 Ερµηνεία της ηλεκτροδιαλυτικής τάσης ............................................................ 23

1.5 Παράγοντες που επηρεάζουν την ηλεκτροδιαλθτική τάση ................................ 24

2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 [ΗΜΙΣΤΟΙΧΕΙΟ] ............................................................................. 25

2.1 Το ηµιστοιχείο ................................................................................................... 25

2.2 Ο ρόλος του ηλεκτροδίου στο ηµιστοιχείο ........................................................ 26

2.3 Κατηγορίες ηµιστοιχείων ................................................................................... 27

2.4 Δυναµικό ηµιστοιχείου ...................................................................................... 31

2.5 Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται το δυναµικό του ηµιστοιχείου .......... 31

2.6 Εξάρτηση της διαφοράς δυναµικού από τη συγκέντρωση του

κατιόντος……………………………………………………………………………………..32

2.7 Το δυναµικό του ηµιστοιχείου και η σχέση του µε την ενεργότητα των

ηλεκτρονίων………………………………………………………………………………….34

2.8 Σύγκριση του δυναµικού των ηµιστοιχείων Zn και Cu ...................................... 36

2.9 Τρόπος γραφής της οξειδοαναγωγικής ηµιαντίδρασης στο ηµιστοιχείο ........... 38

3. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 [ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ] ................................................... 40

3.1 Βολτόµετρο ....................................................................................................... 40



2

3.2 Μέτρηση του δυναµικού ενός ηµιστοιχείου ....................................................... 43

3.3 Κανονικό ή πρότυπο ηλεκτρόδιο υδρογόνου .................................................... 46

3.4 Το πρότυπο δυναµικό ενός ηµιστοιχείου .......................................................... 49

3.5 Μέτρηση του πρότυπου δυναµικού ηµιστοιχείου .............................................. 50

3.6 Ερµηνεία του θετικού δυναµικού ενός ηµιστοιχείου .......................................... 55

3.7Πίνακας των κανονικών δυναµικών οξεοδοαναγωγής………………………………56

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 [ΕΞΙΣΩΣΗ NERNST] ..................................................................... 59

4.1 Εξίσωση Nernst ................................................................................................ 59

4.2 Εφαρµογή της εξίσωσης Nernst στον υπολογισµό του δυναµικού του

ηµιστοιχείου ................................................................................................................ 61

4.3 Επίδραση της συγκέντρωσης των κατιόντων Η+ στο δυναµικό του ηλεκτροδίου

του υδρογόνου ........................................................................................................... 63

5. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 [ΓΑΛΒΑΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ] ............................................................. 65

5.1 Γαλβανικά στοιχεία ........................................................................................... 65

5.2 Στοιχείο Daniell ................................................................................................. 67

5.3 Ηλεκτρεγερτική δύναµη γαλβανικού στοιχείου .................................................. 69

5.4 Η φορά του ρεύµατος και οι φορείς του ηλεκτρικού φορτίου στο γαλβανικό

στοιχείο ...................................................................................................................... 73

5.5 Η γέφυρα άλατος .............................................................................................. 77

5.6 Μεταβολή της µάζας των ηλεκτρονίων ............................................................. 79

5.7 Άνοδος και κάθοδος στο στοιχείο Daniell ......................................................... 81

5.8 Άνοδος και κάθοδος στα γαλβανικά στοιχεία .................................................... 82

5.9 Ο συµβολισµός του γαλβανικού στοιχείου και οι παρανοήσεις ........................ 84

5.10 Εύρεση ανόδου ................................................................................................. 87



3

5.11 Πότε σταµατάει η λειτουργία ενός γαλβανικού στοιχείου .................................. 89

5.12 Ηλεκτροχηµική σειρά µετάλλων ........................................................................ 90

5.13 Χρήση των πρότυπων δυναµικών στον έλεγχο πραγµατοποίησης µιας χηµικής

αντίδρασης ................................................................................................................. 91

5.14 Εφαρµογές των γαλβανικών στοιχείων ............................................................ 95

6. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 [ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ] .................................................... 97

6.1 Ηλεκτρολυτικά στοιχεία ..................................................................................... 97

6.2 Μετατροπή ενός γαλβανικού στοιχείου σε ηλεκτρολυτικό στοιχείο ................... 98

6.3 Εποπτικός τρόπος ερµηνείας της αλλαγής των δράσεων που συµβαίνουυν στα

δύο ηλεκτρόδια ......................................................................................................... 101

6.4 Σύγκριση γαλβανικού – ηλεκτρολυτικού στοιχείου ......................................... 104

6.5 Ηλεκτρόλυση .................................................................................................. 105

6.6 Η τεχνική της γαλβανοπλαστικής (επαργύρωση) ........................................... 106



4

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ

Σχήµα 1: Οξείδωση του µετάλλου και επιδιαλύτωση των ιόντων ................................ 18

Σχήµα 2: Οξείδωση των επιδιαλυτωµένων κατιόντων ................................................. 19

Σχήµα 3: Αναγωγή των επιδιαλυτωµένων κατιόντων Μ2+(aq) ..................................... 21

Σχήµα 4: Αναγωγή των επιδιαλυτωµένων κατιόντων Μ1+(aq) ..................................... 21

Σχήµα 5: Μετατροπή της οξειδωµένης (Οx) σε αναγµένη (Red) µορφή ...................... 26

Σχήµα 6: Μετατροπή της αναγµένης (Red) σε οξειδωµένη (Οx) µορφή ..................... 27

Σχήµα 7: Ηµιστοιχείο οξειδοαναγωγής ........................................................................ 29

Σχήµα 8: Σύγκριση δυναµικών Zn σε διαλύµατα µε διαφορετική συγκέντρωση .......... 32

Σχήµα 9: Σύγκριση του δυναµικού των ηµιστοιχείων Zn και Cu .................................. 37

Σχήµα 10: Σύνδεση βολτοµέτρου σε κύκλωµα ............................................................ 40

Σχήµα 11: Αναλογικό βολτόµετρο ................................................................................ 41

Σχήµα 12: Περιγραφή ψηφιακού βολτοµέτρου ............................................................ 42

Σχήµα 13: Μέτρηση διαφοράς δυναµικού µετάλλου ηλεκτρολυτικού

διαλύµατος .................................................................................................................... 44

Σχήµα 14: Μέτρηση του δυναµικού ηµιστοιχείου ......................................................... 45

Σχήµα 15: Κανονικό ή πρότυπο ηλεκτρόδιο υδρογόνου ............................................. 46

Σχήµα 16: Ιοντική ισορροπία στο ηλεκτρόδιο υδρογόνου ............................................ 47

Σχήµα 17: Συνδεσµολογία για τη µέτρηση του πρότυπου δυναµικού του

ηµιστοιχείου Zn/Zn2+ ...................................................................................................... 50

Σχήµα 18: Αλλαγή πολικότητας στη µέτρηση του δυναµικού ...................................... 51

Σχήµα 19: Συνδεσµολογία για τη µέτρηση του πρότυπου δυναµικού του

ηµιστοιχείου Cu/Cu2+ .................................................................................................... 54

Σχήµα 20: Συνδεσµολογία µέτρησης του πρότυπου δυναµικού ενός

ηµιστοιχείου .................................................................................................................. 55

Σχήµα 21:Γαλβανικό στοιχείο αποτελούµενο από τα ηµιστοιχεία Α και Β ................... 65



5

Σχήµα 22: Σχηµατική αναπαράσταση του γαλβανικού στοιχείου (µαύρο κουτί) .......... 66

Σχήµα 23:Το γαλβανικό στοιχείο Daniell ..................................................................... 67

Σχήµα 24: Υπολογισµός της τάσης στο στοιχείο Daniell ............................................. 70

Σχήµα 25: Υπολογισµός της τάσης (αντίθετη) στο στοιχείο Daniell ............................. 71

Σχήµα 26: Παραγωγή ρεύµατος στο στοιχείο Daniell .................................................. 74

Σχήµα 27: Κίνηση ηλεκτρονίων και παραγωγή ρεύµατος στο στοιχείο Daniell ........... 74

Σχήµα 28: Σχηµατική αναπαράσταση του ηλεκτρικού ρεύµατος και της

κίνησης των ιόντων σε γαλβανικό στοιχείο ................................................................... 77

Σχήµα 29: Μείωση της µάζας του ηλεκτροδίου του Zn µε ταυτόχρονη αύξηση

της µάζας του ηλεκτροδίου του Cu ............................................................................... 80

Σχήµα 30: Το πολύµετρο χρησιµοποιείται ως βολτόµετρο ή ως αµπερόµετρο ........... 88

Σχήµα 31: Η πραγµατοποίηση της αντίδρασης οξείδωσης του Zn µέσα σε διάλυµα

CuSO4 (πρώτο ποτήρι) και η µη πραγµατοποίηση της αντίδρασης οξείδωσης του Cu

µέσα σε διάλυµα ZnSO4 (δεύτεροποτήρι)…………………………………………………..92

Σχήµα 32: Η πραγµατοποίηση της αντίδρασης οξείδωσης του Cu µέσα σε διάλυµα

AgNO3 (πρώτο ποτήρι) και η µη πραγµατοποίηση της αντίδρασης οξείδωσης του Ag

µέσα σε διάλυµα CuSO4 (δεύτερο ποτήρι) ................................................................... 93

Σχήµα 33: Ηλεκτρολυτικό στοιχείο ............................................................................... 97

Σχήµα 34: Σύνδεση εξωτερικής πηγής ανάστροφα ..................................................... 99

Σχήµα 35: Σύνδεση εξωτερικής πηγής ανάστροφα σε γαλβανικό στοιχείο ................. 99

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Documents

Transcript of ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ