- Các bộ phận của tế bào galvanic
- Chức năng
- Phản ứng oxy hóa và khử
- Cầu muối
- Thế oxy hóa và khử
- Hình ảnh biểu tượng của một tế bào điện
- Các ứng dụng
- Tế bào galvanic trong cuộc sống hàng ngày
- Xây dựng một tế bào điện tự chế
- nguyên vật liệu
- Quá trình
- Người giới thiệu
Các tế bào đi ện hoặc pin điện là một loại tế bào điện hóa mà bao gồm hai kim loại khác nhau đắm mình trong hai tế bào rưỡi, trong đó một hợp chất trong dung dịch kích hoạt một phản ứng tự phát.
Sau đó, một trong các kim loại ở một trong nửa ô bị ôxy hóa trong khi kim loại ở nửa ô còn lại bị khử, tạo ra sự trao đổi electron qua mạch ngoài. Điều này làm cho nó có thể tận dụng được dòng điện.
Hình 1. Sơ đồ và các bộ phận của một tế bào mạ. Nguồn: corinto.pucp.edu.pe.
Cái tên "tế bào điện" để vinh danh một trong những người tiên phong trong việc thử nghiệm điện: bác sĩ và nhà sinh lý học người Ý Luigi Galvani (1737-1798).
Vào năm 1780, Galvani đã phát hiện ra rằng nếu dây cáp bằng các kim loại khác nhau được nối ở một đầu và các đầu tự do tiếp xúc với đầu của một con ếch (đã chết) thì hiện tượng co thắt xảy ra.
Tuy nhiên, người đầu tiên chế tạo pin điện hóa để sản xuất điện cũng là Alessandro Volta người Ý (1745-1827) vào năm 1800 và do đó có tên thay thế là pin điện áp.
Các bộ phận của tế bào galvanic
Các bộ phận của một tế bào mạ được thể hiện trong hình 1 và như sau:
1.- Bán bán anốt
2.- Điện cực anốt
3.- Giải pháp anốt
4.- Bán bán cực âm
5.- Điện cực catốt
6.- Giải pháp catốt
7.- Cầu muối
8.- Dây dẫn kim loại
9.- Vôn kế
Chức năng
Để giải thích hoạt động của một tế bào điện, chúng ta sẽ sử dụng cái thấp hơn:
Hình 2. Mô hình Didactic của tế bào galvanic. Nguồn: slideserve.com
Ý tưởng cơ bản của tế bào điện là kim loại trải qua phản ứng oxy hóa được tách ra khỏi kim loại bị khử, theo cách mà sự trao đổi các electron xảy ra thông qua một vật dẫn bên ngoài cho phép tận dụng dòng điện, ví dụ để bật một bóng đèn hoặc đèn led.
Trong hình 2, ở nửa ô bên trái có một cuộn băng kim loại đồng (Cu) được nhúng vào dung dịch đồng sunfat (CuS0 4 ), còn ở nửa ô bên phải có một cuộn băng kẽm (Zn) được nhúng vào dung dịch kẽm sunfat (ZnSO 4 ).
Cần lưu ý rằng trong mỗi nửa ô, kim loại của mỗi ô đó ở hai trạng thái oxi hóa: nguyên tử kim loại trung hòa và ion kim loại của muối của cùng một kim loại trong dung dịch.
Nếu các cuộn băng kim loại không được nối với nhau bằng một dây dẫn bên ngoài, thì cả hai kim loại đều bị oxi hóa riêng biệt trong các ô tương ứng của chúng.
Tuy nhiên, do chúng liên kết điện nên trong Zn xảy ra phản ứng oxi hóa, còn Cu sẽ xảy ra phản ứng khử. Điều này là do mức độ ôxy hóa của kẽm lớn hơn so với đồng.
Kim loại bị oxi hóa nhường electron cho kim loại bị khử qua vật dẫn ngoài và dòng điện này có thể bị khai thác.
Phản ứng oxy hóa và khử
Phản ứng xảy ra ở mặt phải giữa điện cực kim loại kẽm và dung dịch nước kẽm sunfat như sau:
Zn o (s) + Zn 2+ (SO 4 ) 2- → 2 Zn 2+ (ac) + (SO 4 ) 2- + 2 e -
Một nguyên tử kẽm (chất rắn) trên bề mặt của điện cực anot ở nửa ô bên phải, bị kích thích bởi các ion dương của kẽm trong dung dịch, nhường hai electron và được giải phóng khỏi điện cực, đi vào dung dịch nước dưới dạng một ion dương kép của kẽm.
Chúng tôi nhận ra rằng kết quả thực là một nguyên tử kẽm trung hòa từ kim loại, thông qua việc mất đi hai điện tử, trở thành một ion kẽm thêm vào dung dịch nước, do đó thanh kẽm bị mất một nguyên tử và dung dịch thu được một ion kép dương.
Các electron được giải phóng sẽ thích di chuyển qua dây bên ngoài về phía kim loại của nửa tế bào tích điện dương kia (cực âm +). Thanh kẽm bị mất khối lượng khi các nguyên tử của nó chuyển dần vào dung dịch nước.
Quá trình oxy hóa kẽm có thể được tóm tắt như sau:
Zn o (s) → Zn 2+ (ac) + 2 e -
Phản ứng xảy ra ở phía bên trái cũng tương tự, nhưng đồng trong dung dịch nước bắt hai điện tử (đến từ nửa ô còn lại) và được lắng đọng trên điện cực đồng. Khi một nguyên tử nhận electron thì nó được cho là bị khử.
Phản ứng khử đồng được viết như sau:
Cu 2+ (ac) + 2 e - → Cu o (s)
Thanh đồng đang tăng khối lượng khi các ion của dung dịch truyền đến thanh.
Quá trình oxy hóa xảy ra ở cực dương (âm), đẩy các electron, trong khi sự khử xảy ra ở cực âm (dương), hút các electron. Sự trao đổi electron xảy ra thông qua vật dẫn bên ngoài.
Cầu muối
Cầu muối cân bằng các điện tích tích tụ trong hai nửa tế bào. Các ion dương tích tụ trong nửa ô anốt, trong khi trong ô cực âm vẫn còn dư thừa các ion sunfat âm.
Đối với cầu muối, người ta sử dụng dung dịch muối (chẳng hạn như natri clorua hoặc kali clorua).
Mục đích duy nhất của cầu muối là để các ion lọc vào từng tế bào, cân bằng hoặc trung hòa điện tích dư thừa. Bằng cách này, một dòng điện được tạo ra qua cầu muối, qua các ion muối, làm đóng mạch điện.
Thế oxy hóa và khử
Thế oxi hóa và thế khử chuẩn được hiểu là thế xảy ra ở cực dương và cực âm ở nhiệt độ 25ºC và với dung dịch có nồng độ 1M (một mol).
Đối với kẽm thế oxy hóa tiêu chuẩn của nó là E ox = +0,76 V. Trong khi, thế khử tiêu chuẩn của đồng là E đỏ = +0,34 V. Suất điện động (emf) được tạo ra bởi pin galvanic này là : emf = +0,76 V + 0,34 V = 1,1 V.
Phản ứng toàn cục của tế bào galvanic có thể được viết như thế này:
Zn o (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu o (s)
Tính đến sunfat, phản ứng thực là:
Zn o (s) + Cu 2+ (SO 4 ) 2- 25ºC → Zn 2+ (SO 4 ) 2- + Cu o (s)
Sunfat là chất đứng ngoài cuộc, trong khi kim loại trao đổi điện tử.
Hình ảnh biểu tượng của một tế bào điện
Tế bào mạ trong hình 2 được biểu diễn một cách tượng trưng như sau:
Zn o (s) -Zn 2+ (aq) (1M) - Cu 2+ (aq) (1M) -Cu o (s)
Theo quy ước, kim loại oxi hóa và tạo thành cực dương (-) luôn được đặt ở bên trái, và ion của nó ở trạng thái nước được ngăn cách bởi một thanh (-). Nửa ô anốt được ngăn cách với catốt một hai vạch (-) thể hiện cầu muối. Bên phải đặt nửa ô kim loại bị khử và tạo thành cực âm (+).
Trong biểu diễn biểu tượng của một tế bào điện, cực bên trái luôn là kim loại bị oxi hóa và kim loại bị khử được đặt ở cực bên phải (ở trạng thái rắn). Cần lưu ý rằng trong Hình 2, các nửa ô ở vị trí ngược lại so với biểu diễn ký hiệu thông thường.
Các ứng dụng
Biết được thế oxi hóa tiêu chuẩn của các kim loại khác nhau, có thể xác định được suất điện động mà một tế bào mạ được chế tạo bằng các kim loại này sẽ tạo ra.
Trong phần này, chúng ta sẽ áp dụng những gì đã nêu trong các phần trước để tính sức điện động thuần của một tế bào được chế tạo bằng các kim loại khác.
Để làm ví dụ về ứng dụng, chúng tôi xem xét một tế bào mạ của sắt (Fe) và đồng (Cu). Theo dữ liệu, các phản ứng khử sau đây và thế khử tiêu chuẩn của chúng được đưa ra, nghĩa là ở 25ºC và nồng độ 1M:
Fe 2+ (ac) + 2 e - → Fe (s). Mạng E1 = -0,44 V
Cu 2+ (ac) + 2 e - → Cu (s). E2 đỏ = +0,34 V
Yêu cầu tìm suất điện động thuần do tế bào điện sinh ra sau đây:
Fe (s) -Fe 2+ (aq) (1M) - Cu 2+ (aq) -Cu (s)
Trong tế bào này, sắt có tính oxi hóa và là cực dương của tế bào mạ, trong khi đồng có tính khử và là cực âm. Thế oxi hóa của sắt bằng nhưng ngược với thế khử của nó, nghĩa là E1 oxd = +0,44.
Để có được suất điện động do tế bào mạ này tạo ra, ta cộng thế oxi hóa của sắt với thế khử của đồng:
emf = E1 oxd + E2 đỏ = -E1 đỏ + E2 đỏ = 0,44 V + 0,34 V = 0,78 V.
Tế bào galvanic trong cuộc sống hàng ngày
Tế bào Galvanic để sử dụng hàng ngày có hình dạng rất khác với những gì được sử dụng như một mô hình giáo khoa, nhưng nguyên tắc hoạt động của chúng thì giống nhau.
Tế bào được sử dụng phổ biến nhất là pin kiềm 1.5V trong các bài thuyết trình khác nhau của nó. Tên đầu tiên xuất hiện vì nó là một tập hợp các ô được kết nối với nhau để tăng emf.
Pin sạc Lithium cũng dựa trên nguyên lý hoạt động tương tự như tế bào điện và là loại pin được sử dụng trong điện thoại thông minh, đồng hồ và các thiết bị khác.
Tương tự như vậy, ắc quy chì cho ô tô, xe máy và tàu thuyền là loại 12V và dựa trên nguyên tắc hoạt động tương tự của tế bào điện.
Tế bào Galvanic được sử dụng trong thẩm mỹ và tái tạo cơ. Có những liệu pháp chăm sóc da mặt bao gồm tác động dòng điện qua hai điện cực ở dạng con lăn hoặc hình cầu để làm sạch và săn chắc da.
Các xung hiện tại cũng được áp dụng để tái tạo các cơ ở những người đang trong tình trạng phủ phục.
Xây dựng một tế bào điện tự chế
Có nhiều cách để xây dựng một tế bào điện tự chế. Một trong những cách đơn giản nhất là sử dụng giấm làm dung dịch, đinh thép, dây đồng.
nguyên vật liệu
- Cốc nhựa dùng một lần
-Giấm trắng
-Hai vít thép
- Hai đoạn dây đồng trần (không cách điện hoặc sơn bóng)
-Một vôn kế
Quá trình
- Đổ giấm vào ¾ phần của ly.
- Nối hai vít thép với nhiều vòng dây, để lại một đoạn dây không bị buộc.
Đầu dây đồng chưa cuộn được uốn thành hình chữ U ngược sao cho tựa vào vành kính và các con vít ngập trong giấm.
Hình 3. Đồng hồ vạn năng và tế bào điện tự chế. Nguồn: youtube.com
Một đoạn dây đồng khác cũng được uốn theo hình chữ U ngược và được treo vào mép thủy tinh ở vị trí có đường kính đối diện với các vít đã ngâm, sao cho một phần đồng nằm trong giấm và một phần dây đồng còn lại ở bên ngoài. của kính.
Các đầu tự do của dây dẫn vôn kế được nối với nhau để đo suất điện động do tế bào đơn giản này tạo ra. Emf của loại tế bào này là 0,5V. Để cân bằng emf của một pin kiềm, cần phải chế tạo thêm hai ô và ghép nối tiếp ba ô lại với nhau thì thu được một pin 1,5V.
Người giới thiệu
- Borneo, R. Galvanic và tế bào điện phân. Đã khôi phục từ: classnoughimica.blogspot.com
- Cedrón, J. Hóa học đại cương. PUCP. Đã khôi phục từ: corinto.pucp.edu.pe
- Farrera, L. Giới thiệu về điện hóa học. Khoa Hóa lý UNAM. Đã khôi phục từ: depa.fquim.unam.mx.
- Wikipedia. Tế bào điện hóa. Được khôi phục từ: es.wikipedia.com.
- Wikipedia. Tế bào Galvanic. Được khôi phục từ: es.wikipedia.com.