Elektrochemia.doc

ELEKTROCHEMIA

1.      Elektrolit – substancja, która po rozpuszczeniu w odpowiednim rozpuszczalniku dysocjuje, tworząc roztwór przewodzący jonowo prąd. Elektrolitami są także stopione sole, a nawet niektóre ciała stałe, w których jony są na tyle ruchliwe, by móc przemieszczać się pod wpływem pola elektrycznego lub ulegać reakcjom chemicznym w wyniku przyłożonego napięcia

2.      Mocny elektrolit – α(=~)1 gdy wszystkie cząsteczki są zdysocjowane na jony

3.      Słaby elektrolit – α <1 gdy stopień dysocjacji jest wyraźnie mniejszy od jedności

4.      Stopień dysocjacji – α nazywamy stosunek liczby cząsteczek zdysocjonowanych na jony do liczby cząsteczek tego związku wprowadzonych do układu

5.      Charakterystyka elektrolitów – przewodzą prąd elektryczny następstwem, czego jest migracja jonów i tym samym zmiany stężeń w poszczególnych obszarach układu

6.      Elektroliza – w pobliżu elektrod na skutek wymiany elektronów pomiędzy jonami i między elektrodą a jonem zachodzą reakcje chemiczne. Proces ten prowadzi do utlenienia lub redukcji składników układu

7.      Samorzutna wymiana elektronów pomiędzy jonami a metalem elektrody – odwrotność elektrolizy

8.      Ogniwa galwaniczne (elektrochemiczne) – układy w których energia wyzwalana w reakcji chemicznej jest wykorzystywana do wykonania pracy elektrycznej

9.      Aktywności – pojęcie aktywności wiąże się z potencjałem chemicznym jonu.
WZÓR:
 

10.  Teoria mocnych elektrolitów wg Debye’a –Hückla – Osangera – zakłada całkowitą dysocjację mocnego elektrolitu w roztworze i uwzględnia jedynie elektrostatyczne oddziaływania miedzy jonami. W wyniku tych oddziaływań w pobliżu danego jonu znajduje się średnio nieco większa liczba jonów przeciwnego znaku, przyciąganych siłą Coulomba, niż jonów jednoimiennych odpychanych

11.  Przewodniki jonowe – przepływ prądu związany nierozłącznie z masą, np. stwierdzono w wielu tlenkach, siarczkach i halogenkach, a w podwyższonej temp praktycznie we wszystkich związkach o wiązaniu mi 1 jonowym, również w tych które w niższych temp zaliczamy do izolatorów.

12.  Przewodniki elektronowe – przepływowi prądu nie towarzyszy przepływ masy, np. metale i półprzewodniki

13.  model pasmowy ciała stałego – wg teorii kwantowej elektrony w izolowanych atomach (cząsteczkach) zajmują tzw. dyskretne poziomy energetyczne(tzn. wartość ich energii określona jest przez zespół 4 liczb kwantowych).

14.  przewodzenie prądu w kryształach jonowych – zachodzi w wyniku wędrówki jonów w polu elektrycznym (przy czym zasadnicza role odgrywają w tym procesie defekty strukturalne) przewodnictwo właściwe kryształu jonowego jest zatem wprost proporcjonalne do stężenia defektów. Przew. Jon. Wykorzystywane przy konstrukcji ogniw galwanicznych pracujących w wysokich temp.

15.  Przewodnictwo elektryczne w ciekłych roztworach elektrolitów – ma charakter jonowy(wyj. Roztw metali alkalicznych w skroplonym amoniaku lub stop chlorkach tych met.) Wielkość przewodnictwa zależy od jego stężenia i temperatury i przede wszystkim od zdolności do dysocjacji na jony i od rodz rozpuszczalnika (zdolności do tworzenia solwatów)

16.  Szybkość wędrowania jonów – jest wprost proporcjonalna do natężenia tego pola E
WZÓR: V=uE [m*s^-1]

17.  ruchliwość jonu – wraz ze wzrostem temperatury ruchliwość jonu wzrasta, ponieważ lepkość rozpuszczalnika maleje
WZÓR u= V/E [m^2 * V^-1 * s^-1]

18.  prawo elektrolizy Faradaya – jony poruszające się pod wpływem pola elektrycznego po przewędrowaniu do elektrod rozładowywują się i wydzielają na elektrodach, bądź też wchodzą w reakcje wtórne z elektrodą lub rozpuszczalnikiem, w każdym przypadku jest spełnione dla każde elektrody prawo Faradaya
WZÓR m= kit  k=> równoważnik elektrochemiczny ;
Stała Faradaya=9648533[C/mol]

19.  Prawo Ohma
WZÓR: R=1/σ * l/s

20.  liczby przenoszenia jonów – jest to ułamek całkowitego ładunku q, jaki został przeniesiony przez te jony
WZÓR: ti=qi/q
♣Liczba przenoszenia nie jest wielkością charakterystyczna dla jonu zależy od przewodnictwa równoważnikowego danego jonu i od przewodnictwa drugiego jonu wchodzącego w skład elektrolitu. Wartości liczb przenoszenia zbliżone są na ogół do 0.5. podczas przepływu prądu przez elektrolit następuje zmiana stężenia elektrolitu w wyniku  wędrówki jonów oraz reakcji zachodzących na elektrodach.
♣ sposoby pomiaru LPJ => kiedyś aparat Hittorf’a teraz metoda ruchomej granicy

21.  metoda ruchomej granicy – metodą ą wyznacza się wartości liczb przenoszenia jonów, na podstawie obserwacji szybkości przesuwania się granicy zetknięcia roztworów dwóch elektrolitów jednym wspólnym jonie

22.  W roztworach granicznie rozcieńczonych – elektrostatyczne oddziaływanie jonów w roztworze na wybrany jon centralny jest równoważne oddziaływaniu, jakie wywierałby na te jon ładunek równy mu co do wielkości, lecz przeciwnego znaku, rozmieszczony jednorodnie na powierzchni kuli zatoczonej wokół tego jonu promieniem atmosfery jonowej.
WZOR:(senior str236)

23.  Wpływ T p i rodz rozpuszcz. na przewodnictwo roztworów elektrolitów – Wpływ T p na przewodnictwo polega na zmianie wartości stałej dysocjacji elektrolitu. Np. dla wody zwiększenie zarówno T i p powoduje zwiększenie stopnia dysocjacji i tym samym przewodnictwa.

24.  stan nadkrytyczny – warunki wysokiej T i p

25.  Iloczyn rozpuszczalności – zależny od rodz rozpuszczalnika i nieznacznie od ciśnienia

26.  Efekt wspólnego jonu – zmniejszanie się rozpuszczalności soli, gdy do jej nasyconego roztworu doda się elektrolitu zawierającego z nią anion lub kation

27.  Efekt solny – zwiększanie się rozpuszczalności soli trudno rozpuszczalnej, gdy do jej nasyconego roztworu doda się elektrolitu nie mającego wspólnych nią jonów. Efekt związany ze zwiększaniem się siły jonowej powodującym zmniejszenie średniego współczynnika aktywności jonów soli trudno rozpuszczalnej.

28.  Rozpuszczalność elektrolitu – stężenie elektrolitu w roztworze nasyconym mr

29.  Protoliza – reakcja wymiany protonu, występuje w roztworach ciekłych

30.  Teoria Brönsteda – zasada –akceptor kwas-donor

31.  rozpuszczalniki aprotonowe – rozpuszczalniki niezdolne do wymiany protonu

32.  promień atmosfery jonowej – 1/κ długość charakterystyczna

33.  roztwór buforowy – roztwory zawierające obie formy pary kwas zasada np. CH3COOH i CH3COO- w porównywalnym stężeniu, pH takiego roztworu jest określone wartością pKa oraz ilorazu aktywności obu form.

34.  Krzywa miareczkowania – wykres przedstawiający zmianę pH roztworu kwasu w miarę dodawania do roztworu zasady o stężeniu tym samym co kwas

35.  Elektrolity amfoteryczne (amfolity) – przedstawicielami są aminokwasy, związki te mają i gr. –NH3+ i –COOH

36.  jon obojnaczy – np+NH3CH2COO-

37.  punkt izojonowy – pewna wartość pH danego aminokwasu, stężenie jonów obojnaczych jest maksymalne, a formy skrajne mają stężenia jednakowe
WZÓR: ½ pKa1 +½ pKa2 =pHizofon

38.  Teoria kwasowo-zasadowa Lewisa – zasada-związek, którego cząsteczki dysponują wolną parą elektronową; kwas- związek mogący przyłączyć taką parę elektronów

39.  Teoria Persona o miękkich i twardych kwasach oraz zasadach –
♣Kwasy twarde – cząsteczki akceptorowe o małej polaryzacji (np. H+,Li+,BF3 itp.)
♣Kwasy miękkie - cząsteczki akceptorowe o dużej polaryzacji (np. Ag+, GaCl3,I2 itp.)

40.  Praca elektryczna- przenoszenie ładunku elektrycznego z punktu o wyższym potencjale do punktu o niższym potencjale, wiąże się najczęściej z przekazywaniem elektronów z jednej fazy do drugiej np. na styku metal – elektrolit (przewodnik elektronowy – przewodnik jonowy)

41.  półogniwo – układ złożony z metalu zanurzonego w roztworze jego jonów np. Zn|Zn2+; półogniwem jest również obojętna elektroda z zaadsorbowanym gazem na jej powierzchni; innym rodzajem półogniwa może być takie, w którym metal pokryty jego trudno rozpuszczalna sól (lub tlenek)

42.  pionowa kreseczka np. przy Zn|Zn2+ - oznacza granice faz elektroda roztwór.

43.  Układ redoks – oddaje elektrony lub je pobiera z obojętnej(najczęściej Pt) elektrody zanurzonej w roztworze

44.  Ogniwo Daniella – Cu|Zn|ZnSO4(aq)||CuSO4(aq)|Cu metaliczny cynk, z którego zbudowana jest lewa elektroda, ulega utlenieniu, do jonów cynku
Zn=Zn2++2e
redukując przy tym jony miedzi(II) z prawego półogniwa do miedzi metalicznej
Cu2++2e=Cu
roztwory obu półogniw stykają się tu ze sobą poprzez porowata przegrodę, przeciwdziałającą mieszaniu roztworów, roztworów zapewniają kontakt elektrolityczny.

45.  klucz elektrolityczny – podwójna kreska na schemacie ogniwa, czyli roztwór pośredni łączący obydwa półogniwa.

46.  Konwencja Sztokholmska – Siła elektromotoryczna ogniwa jest równa co do wielkości i co do znaku, potencjałowi elektrycznemu prawego przewodnika metalicznego, gdy przy otwartym ogniwie potencjał elektryczny takiego samego przewodnika po stronie lewej wynosi 0

47.  potencjał elektrostatyczny Volty – ψ potencjał w punkcie leżącym tuż przy powierzchni fazy, lecz na zewnątrz niej;  PEV jest mierzalny: ściśle biorąc mierzalna jest różnica potencjałów pomiędzy tym punktem a punktem nieskończenie odległym, dla którego ψ=0 ; jej miarą jest praca potrzebna do przeniesienia jednostkowego ładunku dodatniego z punktu bardzo oddalonego w bezpośrednie pobliże fazy.

48.  potencjał Galvaniego – inaczej praca elektrostatyczna potrzebna do przeniesienia jednostkowego ładunku dodatniego z punktu bardzo oddalonego, leżącego poza fazą (w próżni)do jej wnętrza

49.  Potencjał Galvaniego różni się od potencjału Volty -  wartością pracy elektrostatycznej związaną z przekazaniem ładunku przez granice faz czyli potencjałem powierzchniowym(χ) (nie jest on wielkością mierzalną)
WZÓR: φ=ψ+χ

50.  Elektryczna warstwa podwójna – w uproszczeniu kondensator o przeciwnie naładowanych okładkach; gdy zachodzi wymiana ładunków między fazami obie części warstwy podwójnej znajdują się po przeciwnych stronach granicy faz; jeżeli faza stała jest metalem to nadmiarowy ładunek zlokalizowany jest w niej tuż przy granicy faz; struktura nadmiarowego ładunku w fazie, w której stężenie swobodnych nośników ładunku jest mniejsze, np. w fazie stałej o właściwościach półprzewodnika lub izolatora lub w roztworze.

51.  nadnapięcie – (inaczej nadpotencjał) różnica między wartością (ΔφMR)0 o stanie równowagi (j=0), a wartością (ΔφMR)j w warunkach przepływu prądu

52.  Procesy zachodzące na elektrodzie pracującej -
a)procesy transportu
b)przekazywanie ładunku między elektrodą a składnikami roztworu
c)reakcje chemiczne poprzedzające proces przekazania ładunku lub następujące po nim
wydzielanie metalu na katodzie=> 1-dostarczanie jonów na powierzchnię elektrody;
2-dehudratacja lub rozcięcie kompleksu; 3-przekazanie elektronu z elektrody do jonu;
4-wbudowanie atomu w sieć krystaliczną elektrody lub rozpuszczenie go w elektrodzie Hg

53.  nadnapięcie dyfuzyjne – inaczej stężeniowe. Zjawiskom (a-c) odpowiadają na elektrodach nadnapięcia: dyfuzyjne, aktywacyjne i chemiczne. Wielkość nadnapięcia zależy od materiału elektrody i stanu jej powierzchni, gęstości prądu, rodzaju substancji wydzielanej na elektrodzie, składu roztworu elektrolitu, temperatury.

54.  potencjał membranowy -  Donnana, różnica potencjałów na granicy 2 roztw. O różnym składzie rozdzielonych membraną przepuszczalna dla jednego lub kilku rodzajów jonów

 

55.  SEM- Siła elektromotoryczna (SEM) – czynnik powodujący przepływ prądu w obwodzie elektrycznym [1] równy energii elektrycznej uzyskanej przez jednostkowy ładunek przemieszczany w urządzeniu (źródle) prądu elektrycznego w przeciwnym kierunku do sił pola elektrycznego oddziałującego na ten ładunek. Siła elektromotoryczna jest najważniejszym parametrem charakteryzującym źródła energii elektrycznej zwane też źródłami siły elektromotorycznej, są nimi generatory elektryczne (prądu stałego i zmiennego), baterie, termopary, fotoogniwa
WZÓR:

56.  konduktometria - jest metodą elektroanalityczną opartą na pomiarze przewodności elektrolitów, zmieniającej się wraz ze zmianą stężenia jonów. Pomiarów przewodności roztworu dokonuje się za pomocą konduktometrów. Na podstawie tych wyników określa się stężenie badanego roztworu w odniesieniu do danych wzorcowych. Inną możliwością zastosowania tej metody jest ...