TẾ BÀO ĐIỆN HÓA: CÁC THÀNH PHẦN, CÁCH CHÚNG HOẠT ĐỘNG, LOẠI, VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2026

Các tế bào điện hóa là các thiết bị trong đó phản ứng hóa học vượt qua nơi năng lượng hóa học được chuyển hóa thành năng lượng điện hoặc ngược lại. Những tế bào này tạo nên trái tim của điện hóa học, linh hồn là nơi trao đổi điện tử tiềm năng có thể xảy ra, tự phát hoặc không, giữa hai loài hóa học.

Một trong hai loại bị oxi hóa, mất điện tử, trong khi loại kia bị khử, thu được các điện tử được chuyển. Thông thường, loại bị khử là một cation kim loại trong dung dịch, bằng cách thu được các electron cuối cùng sẽ được gửi điện trên một điện cực làm bằng cùng một kim loại. Mặt khác, loài có tính oxi hóa là kim loại, biến thành cation kim loại.

Sơ đồ cho một tế bào điện hóa của Daniel. Nguồn: Rehua

Ví dụ, hình ảnh trên đại diện cho tế bào của Daniel: đơn giản nhất trong tất cả các tế bào điện hóa. Điện cực kẽm kim loại bị oxi hóa, giải phóng các cation Zn ²⁺ vào môi trường nước. Điều này xảy ra trong bình chứa ZnSO ₄ bên trái.

Ở bên phải, dung dịch chứa CuSO ₄ có tính khử, biến các cation Cu ²⁺ thành đồng kim loại đọng lại trên điện cực đồng. Trong quá trình phát triển của phản ứng này, các điện tử di chuyển qua một mạch bên ngoài sẽ kích hoạt các cơ chế của nó; và do đó, cung cấp năng lượng điện cho hoạt động của một nhóm.

Các thành phần của tế bào điện hóa

Điện cực

Dòng điện được tạo ra hoặc tiêu thụ trong các tế bào điện hóa. Để đảm bảo dòng electron thích hợp, cần phải có vật liệu dẫn điện tốt. Đây là nơi các điện cực và mạch bên ngoài đi vào, được cung cấp dây đồng, bạc hoặc vàng.

Các điện cực là vật liệu cung cấp bề mặt nơi các phản ứng sẽ diễn ra trong tế bào điện hóa. Có hai loại tùy thuộc vào phản ứng xảy ra trong chúng:

-Nốt, điện cực nơi xảy ra quá trình oxi hóa

- Điện cực, điện cực nơi xảy ra sự khử

Các điện cực có thể được làm bằng vật liệu phản ứng, như trong trường hợp của tế bào Daniel (kẽm và đồng); hoặc bằng vật liệu trơ, như điều này xảy ra khi chúng được làm bằng bạch kim hoặc than chì.

Các êlectron do anot thoát ra phải tới catot; nhưng không phải thông qua một dung dịch, mà thông qua một cáp kim loại nối cả hai điện cực với mạch ngoài.

Sự hòa tan chất điện ly

Dung dịch bao quanh các điện cực cũng đóng một vai trò quan trọng, vì nó được làm giàu bằng các chất điện ly mạnh; chẳng hạn như: KCl, KNO ₃ , NaCl, v.v. Ở một mức độ nhất định, các ion này có lợi cho sự di chuyển của các electron từ cực dương sang cực âm, cũng như sự dẫn truyền của chúng qua vùng lân cận của các điện cực để tương tác với các điện tử được giảm bớt.

Ví dụ, nước biển dẫn điện tốt hơn nhiều so với nước cất, với nồng độ ion thấp hơn. Đó là lý do tại sao các tế bào điện hóa có sự hòa tan chất điện ly mạnh giữa các thành phần của chúng.

Cầu muối

Các ion của dung dịch bắt đầu bao quanh các điện cực gây ra sự phân cực của các điện tích. Dung dịch xung quanh cực âm bắt đầu trở nên tích điện âm, vì các cation đang bị khử; trong trường hợp của ô Daniel, các cation Cu ²⁺ khi lắng đọng như đồng kim loại trên catot. Do đó, bắt đầu có sự thâm hụt các khoản phí dương.

Đây là nơi can thiệp của cầu muối để cân bằng điện tích và ngăn các điện cực phân cực. Về phía bên hoặc ngăn của catốt, các cation của cầu muối sẽ di chuyển, hoặc K ⁺ hoặc Zn ²⁺ , để thay thế Cu ^{2+ đã} tiêu thụ. Trong khi đó, các anion NO ₃ ^- sẽ di chuyển từ cầu muối về phía ngăn cực dương, để trung hòa nồng độ ngày càng tăng của các cation Zn ²⁺ .

Cầu muối bao gồm một dung dịch bão hòa của muối, với các đầu của nó được bao phủ bởi một loại gel có thể thấm các ion, nhưng không thấm nước.

Các loại tế bào điện hóa và cách chúng hoạt động

Cách thức hoạt động của một tế bào điện hóa phụ thuộc vào loại nó là gì. Về cơ bản có hai loại: điện hóa (hoặc điện tích) và điện phân.

Galvanic

Tế bào của Daniel là một ví dụ về tế bào điện hóa galvanic. Trong đó các phản ứng xảy ra một cách tự phát và điện thế của pin là dương; điện thế càng lớn thì tế bào càng cung cấp nhiều điện.

Tế bào hay pin chính xác là tế bào điện: điện thế hóa học giữa hai điện cực được chuyển hóa thành năng lượng điện khi một mạch bên ngoài can thiệp vào kết nối chúng. Do đó, các điện tử di chuyển từ cực dương, đốt cháy thiết bị được kết nối với pin và được quay trở lại thẳng cực âm.

Điện phân

Tế bào điện phân là những tế bào có phản ứng không xảy ra một cách tự phát, trừ khi chúng được cung cấp năng lượng điện từ nguồn bên ngoài. Ở đây xảy ra hiện tượng ngược lại: điện cho phép các phản ứng hóa học không tự phát phát triển.

Một trong những phản ứng nổi tiếng nhất và có giá trị nhất diễn ra trong loại tế bào này là điện phân.

Pin có thể sạc lại là ví dụ của tế bào điện phân và tế bào điện: chúng được sạc lại để đảo ngược các phản ứng hóa học của chúng và thiết lập lại các điều kiện ban đầu để tái sử dụng.

Ví dụ

Phòng giam của Daniel

Phương trình hóa học sau đây tương ứng với phản ứng trong tế bào của Daniel, trong đó kẽm và đồng tham gia:

Zn (s) + Cu ²⁺ (aq) → Zn ²⁺ (aq) + Cu (s)

Nhưng các cation Cu ²⁺ và Zn ²⁺ không đơn độc mà kèm theo các anion SO ₄ ^2- . Ô này có thể được biểu diễn như sau:

Zn - ZnSO ₄ - - CuSO ₄ - Cu

Tế bào của Daniel có thể được chế tạo trong bất kỳ phòng thí nghiệm nào, được lặp đi lặp lại như một phương pháp thực hành trong việc giới thiệu điện hóa học. Khi Cu ²⁺ lắng xuống dưới dạng Cu, màu xanh lam của dung dịch CuSO ₄ sẽ nhạt dần.

Tế bào hydro bạch kim

Hãy tưởng tượng một tế bào tiêu thụ khí hydro, tạo ra bạc kim loại và đồng thời cung cấp điện. Đây là tế bào bạch kim và hydro, và phản ứng chung của nó như sau:

2AgCl (s) + H ₂ (g) → 2Ag (s) + 2H ⁺ + 2Cl ^-

Ở đây trong ngăn cực dương, chúng ta có một điện cực trơ bằng bạch kim, được đặt chìm trong nước và được bơm vào hydro ở dạng khí. H ₂ bị oxi hóa thành H ⁺ và nhường electron cho kết tủa AgCl trắng đục ở ngăn catot có điện cực bạc kim loại. Trên bạc này AgCl sẽ bị giảm và khối lượng của điện cực sẽ tăng lên.

Ô này có thể được biểu diễn dưới dạng:

Pt, H ₂ - H ⁺ - - Cl ^- , AgCl - Ag

Giảm ô

Và cuối cùng, trong số các tế bào điện phân, chúng ta có tế bào natri clorua nóng chảy, hay còn gọi là tế bào Downs. Ở đây, điện được sử dụng để di chuyển một thể tích NaCl nóng chảy qua các điện cực, do đó gây ra các phản ứng sau:

2Na ⁺ (l) + 2e ^- → 2Na (s) (cực âm)

2Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2e ^- (cực dương)

2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl ₂ (g) (phản ứng toàn cục)

Như vậy, nhờ điện và natri clorua có thể điều chế được natri kim loại và khí clo.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Wikipedia. (Năm 2020). Tế bào điện hóa. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 29 tháng 1 năm 2020). Tế bào điện hóa. Phục hồi từ: thinkco.com
4. R. Tàu. (sf). Tế bào điện hóa. Đã khôi phục từ: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Hóa chất. (2017). Định nghĩa về tế bào điện hóa. Phục hồi từ: chemicool.com
6. Patricia Jankowski. (Năm 2020). Tế bào điện hóa là gì? - Cấu tạo & Công dụng. Học. Phục hồi từ: study.com
7. Thuật giả kim (Ngày 3 tháng 3 năm 2011). Tế bào điện hóa. Hóa học và Khoa học. Đã khôi phục từ: laquimicaylaciencia.blogspot.com