پاورپوینت کامل و جامع با عنوان الکتروشیمی (Electrochemistry) در 195 اسلاید - دانلود فایل
دانلود فایل پاورپوینت کامل و جامع با عنوان الکتروشیمی (Electrochemistry) در 195 اسلاید
دانلود فایل پاورپوینت کامل و جامع با عنوان الکتروشیمی (Electrochemistry) در 195 اسلاید
دید کلیتمام واکنشهای شیمیایی ، اساسا ماهیت الکتریکی دارند، زیرا الکترونها در تمام انواع پیوندهای شیمیایی (به راههای گوناگون) دخالت دارند. اما الکتروشیمی بیش از هر چیز بررسی پدیده هایاکسایش- کاهش است. روابط بین تغییر شیمیایی و انرژی الکتریکی ، هم از لحاظ نظری و هم از لحاظ عملی حائز اهمیت است.
از واکنشهای شیمیایی می توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد (در سلولهایی که سلولهای ولتایییا سلولهای گالوانی نامیده می شوند) و انرژی الکتریکی را می توان برای تبادلات شیمیایی بکار برد (در سلولهای الکترولیتی). علاوه بر این ، مطالعه فرآیندهایی الکتروشیمیایی منجر به فهم و تنظیم قواعد آنگونه از پدیده های اکسایش - کاهش که خارج از اینگونه سلولها روی می دهند، نیز می شود. با برخی فرآیندهای الکتروشیمیایی آشنا می شویم.
رسانش فلزیجریان الکتریکی ، جاری شدن بار الکتریکی است. در فلزات ، این بار بوسیله الکترونها حمل می شود و این نوع رسانش الکتریکی ، رسانش فلزی نامیده می شود. با بکار بردن یک نیروی الکتریکی که توسط یک باتری یا هر منبع الکتریکی دیگر تامین می گردد، جریان الکتریکی حاصل می شود و برای تولید جریان الکتریکی ، یک مدار کامل لازم است. تشبیه جریان الکتریسیته به جریان یک مایع ، از قدیم متداول بوده است. در زمانهای گذشته ، الکتریسیته به صورت جریانی از سیال الکتریکی توصیف می شد.
قراردادهای قدیمی که سابقه آنها ممکن است به "بنجامین فرانکلین" برسد و پیش از آن کهالکترون کشف شود، مورد پذیرش بوده است، بار مثبتی به این جریان نسبت می دهد. ما مدارهای الکتریکی را با حرکت الکترونها توجیه خواهیم کرد. اما باید به خاطر داشت که جریان الکتریکی بنا به قرارداد بطور اختیاری مثبت و به صورتی که در جهت مخالف جاری می شود، توصیف می گردد.
جریان الکتریکی برحسب آمپر (A) و بار الکتریکی برحسب (C) کولن اندازه گیری می شود. کولن ، مقدار الکتریسیته است که در یک ثانیه با جریان 1 آمپر از نقطه ای می گذرد: 1C = 1A.S و 1A = 1C/S . جریان با اختلاف پتانسیل الکتریکی که بر حسب ولت اندازه گیری می شود، در مدار رانده می شود. یک ولت برابر یک ژول بر کولن است. 1V = 1J/C یا 1V.C = 1J . یک ولت لازم است تا یک آمپر جریان را از مقاومت یک اهم بگذراند. I=ε/R یا ε=IR
رسانش الکترولیتیرسانش الکترولیت ، هنگامی صورت می گیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل می کنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساس توسط نمکهای مذاب و محلولهای آبی الکترولیتها صورت می گیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد. منبع جریان در یک سلول الکترولیتی ، الکترونها را به الکترود سمت چپ می راند.
بنابراین می توان گفت که این الکترود ، بار منفی پیدا می کند. این الکترونها از الکترود مثبت سمت راست کشیده می شوند. در میدان الکتریکی که بدین ترتیب بوجود می آید، یونهای مثبت یاکاتیونها به طرف قطب منفی یا کاتد و یونهای منفی یا آنیونها به طرف قطب مثبت یا آند جذب می شوند. در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس به طرف آند حرکت می کنند، حمل می شود.
برای این که یک مدار کامل حاصل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی (که لازم نیست حتما حامل بار باشند) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن ، اجزا اکسید شوند. الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد رانده می شوند.
عوامل موثر بر رسانش الکترولیتیرسانش الکترولیتی به تحرک یونها مربوط می شود و هر چند که این یونها را از حرکت باز دارد، موجب ایجاد مقاومت در برابر جریان می شود. عواملی که بر رسانش الکترولیتی محلولهای الکترولیت اثر دارند، عبارتند از : جاذبه بین یونی ، حلال پوشی یونها و گرانروی حلال. انرژی جنبشی متوسط یونهای ماده حل شده با افزایش دما زیاد می شود و بنابراین مقاومت رساناهای الکترولیتی ، بطور کلی با افزایش دما کاهش می یابد. یعنی رسانایی زیاد می شود. به علاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما کم می شود.
الکترولیز (برقکافت)الکترولیز یا برقکافت سدیم کلرید مذاب ، یک منبع صنعتی تهیه فلز سدیم و گاز کلر است. روشهای مشابهی برای تهیه دیگر فلزات فعال ، مانند پتاسیم و کلسیم بکار می روند. اما چنانکه بعضی از محلولهای آبی را برقکافت کنیم، آب به جای یونهای حاصل از ماده حل شده در واکنشهای الکترودی دخالت می کند. از اینرو ، یونهای حامل جریان لزوما بار خود را در الکترودها خالی نمی کنند. مثلا در برقکافت محلول آبی سدیم سولفات ، یونهای سدیم به طرف کاتد و یونهای سولفات به طرف آند حرکت می کنند، اما بار این هر دو یون با اشکال تخلیه می شود.
بدین معنی که وقتی عمل برقکافت بین دو الکترود بی اثر در جریان است، در کاتد ، گاز هیدروژنبوجود می آید و محلول پیرامون الکترود ، قلیایی می شود:
(2H2O + 2e → 2OH- + H2(gیعنی در کاتد ، کاهش صورت می گیرد، ولی به جای کاهش سدیم ، آب کاهیده می شود. بطور کلی ، هرگاه کاهش کاتیون ماده حل شده مشکل باشد، کاهش آب صورت می گیرد. اکسایش در آند صورت می گیرد و در برقکافت محلول آبی Na2SO4 ، آنیونها (2-SO4) که به طرف آند مهاجرت می کنند، به سختی اکسید می شوند:
2SO42- → S2O42- + 2eبنابراین ترجیهاً اکسایش آب صورت می گیرد:
2H2O → O2(g) + 4H+ + 4eیعنی در آند ، تولید گاز اکسیژن مشاهده می شود و محلول پیرامون این قطب ، اسیدی می شود. بطور کلی هرگاه اکسایش آنیون ماده حل شده مشکل باشد، آب در آند اکسید می شود. در الکترولیز محلول آبی NaCl ، در آند ، یونهای -Cl اکسید می شوند و گاز Cl2 آزاد می کنند و در کاتد ، احیای آب صورت می گیرد. این فرآیند ، منبع صنعتی برای گاز هیدروژن ، گاز کلر و سدیم هیدروکسید است:
2H2O + 2Na+ + 2Cl- → H2(g) + 2OH- + 2Na+ + Cl2سلولهای ولتایی
سلولی که به عنوان منبع انرژی الکتریکی بکار می رود، یک سلول ولتایی یا یک سلول گالوانینامیده می شود که از نام "آلساندرو ولتا" (1800) و "لوئیجی گالوانی" (1780) ، نخستین کسانی که تبدیلانرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی را مورد آزمایش قرار دادند، گرفته شده است. واکنش بین فلز روی و یونهای مس II در یک محلول ، نمایانگر تغییری خود به خود است که در جریان آن ، الکترون منتقل می شود.
(Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(sمکانیسم دقیقی که بر اساس آن انتقال الکترون صورت گیرد، شناخته نشده است. ولی می دانیم که در آند ، فلز روی اکسید می شود و در کاتد ، یونهای Cu+2 احیا می شود و به ترتیب یونهایZn+2 و فلز Cu حاصل می شود و الکترونها از الکترود روی به الکترود مس که با یک سیم به هم متصل شده اند، جاری می شوند، یعنی از آند به کاتد.
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e(Cu2+(aq)+2e → Cu(sنیم سلول سمت چپ یا آند ، شامل الکترودی از فلز روی و محلول ZnSO4 و نیم سلول سمت راست یا کاتد ، شامل الکترودی از فلز مس در یک محلول CuSO4 است. این دو نیم سلول ، توسط یک دیواره متخلخل از هم جدا شده اند. این دیواره از اختلال مکانیکی محلولها ممانعت می کند، ولی یونها تحت تاثیر جریان الکتریسیته از آن عبور می کنند. این نوع سلول الکتریکی ،سلول دانیل نامیده می شود.
نیروی محرکه الکتریکیاگر در یک سلول دانیل ، محلولهای 1M از ZnSO4 و 1M از CuSO4 بکار رفته باشد، آن سلول را با نماد گذاری زیر نشان می دهیم:
(Zn(s) │ Zn2+(1M) │ Cu2+(1M) │ Cu(sکه در آن خطوط کوتاه عمودی ، حدود فازها را نشان می دهند. بنابر قرارداد ، ماده تشکیل دهنده آند را اول و ماده تشکیل دهنده کاتد را در آخر می نویسیم و مواد دیگر را به ترتیبی که از طرف آند به کاتد با آنها برخورد می کنیم، میان آنها قرار می دهیم. جریان الکتریکی تولید شده در یک سلول ولتایی ، نتیجه نیروی محرکه الکتریکی (emf) سلول است که برحسب ولت اندازه گیری می شود.
هر چه تمایل وقوع واکنش سلول بیشتر باشد، نیوری محرکه الکتریکی آن بیشتر خواهد بود. اماemf یک سلول معین به دما و غلظت موادی که در آن بکار رفته است، بستگی دارد. emfاستاندارد، ˚ε ، مربوط به نیروی محرکه سلولی است که در آن تمام واکنش دهنده ها و محصولات واکنش در حالت استاندارد خود باشند. مقادیر ˚ε معمولا برای اندازه گیری هایی که در ˚25C به عمل آمده است.
فهرست مطالب:
بخش اول: قسمت نظری
مقدمه
تبدیل جریان الکتریکی در الکتروشیمی
تولید جریان الکتریکی توسط واکنش الکتروشیمیایی
مقدار الکتریسیته q
واحد عملی کار
انواع پلاریزاسیون
پلاریزاسیون شیمیایی
پلاریزاسیون غلظتی
بازده انرژی
مهاجرت
قانون فاراده در الکترولیز
قانون دوم فاراده
انتقال و عدد انتقال
قانون هیتورف
اندازه گیری عدد انتقال
مقاومت مخصوص و هدایت مخصوص
اندازه گیری هدایت الکترولیتها
ثابت سل
هدایت اکی والان و هدایت مولی
نظریه یونیزاسیون
عوامل موثر در سرعت یونها
مورد استعمال هدایت سنجی
سلولهای بازگشتی و غیربازگشتی
سل استاندارد
قوانین مربوط به واکنشهای سل و نیروی الکتروموتوری
انواع الکترودها
و...
بخش دوم: قسمت صنعتی
مقدمه
درجه حرارت
دانسیته جریان
هدایت
قدرت پوشش
غلظت یون فلزی
pH
ترکیبات اضافه شونده
انحلال فلزی آند
تشکیل فیلم آندی
عقیم شدن
تمیز کردن الکترولیتی با اسید
پرداخت جسم به روش الکترولیتی
الکتروتاپینگ
پودر فلزات
سل کاستنر
سل سورنسن
سل های جیوه ای افقی
و...