Nastavni predmet Fizikalna kemija Razred 3 razred Nastavni

• Nastavni predmet: Fizikalna kemija • Razred: 3. razred • Nastavni plan i program/Kurikulum: Elektrokemija • Kemijski tehničar • Trajanje: 6 sati • Pripremila: Christina Varžić

Dragi učenici i drage učenice, kako bismo vam olakšali učenje za vas smo pripremili materijal za samostalni rad. U ovom materijalu su sadržaji koji se odnose na nastavni predmet: Fizikalna kemija Materijal sadrži i poveznice na: https: //edutorij. eskole. hr/share/proxy/alfresco-noauth/edutorij/api/proxyguest/15 cf 791 a-4 c 97 -4 f 29 -84 d 9 -17 c 1 b 47 ceccc/kemija 2/m 05/index. html Materijal sadrži i zadatake za vježbu. Vaši nastavnici će vam također pružati podršku u učenju na daljinu. Želimo vam uspješno učenje!

ELEKTROKEMIJA

• Elektrokemija je grana kemije koja se bavi proučavanjem zakonitosti pretvaranja kemijske energije u električnu ( galvanski članak ) • i pretvaranje električne energije u kemijsku ( elektroliza )

Povijest elektrokemije • Elektrokemija je mlada grana kemije. • Stvarni razvoj elektrokemije i njeno izrastanje u posebnu znanstvenu disciplinu počinje krajem 18. stoljeća eksperimentima Galvanija (1791. ) i Volte (1792. ).

Galvani, Luigi • Galvanijevo veliko otkriće sastojalo se od zapažanja da se žablji kraci trzaju kada se dotaknu s dva različita metala koji su na drugom kraju međusobno spojeni.

Volta, Alessandro • Već slijedeće godine fizičar Volta objasnio je Galvanijevo otkriće kao efekt za koji je nužan kontakt dvaju različitih metala. Galvani je tako slučajno napravio prvi galvanski članak, dok je Volta (1798. ) napravio prvi Voltin stup

Reaktivnost metala • Sposobnost oksidacije • Oni koji lakše otpuštaju elektrone jači su reducensi i reagiraju burnije s kiselinama

Reaktivnost metala • Reaktivnost metala može se prikazati na pravcu • Lijevo od vodika su metali koji s kiselinom istiskuju vodik, a desno metali koji ne istiskuju vodik iz kiselina • Metal najbliže vodiku je najmanje reaktivan ( plemeniti metali), a najudaljeniji je i najreaktivniji ( neplemeniti metali)

• Metali, osim s kiselinama mogu reagirati i s vodenim otopinama soli. • Iz otopina soli metali će izlučit one metale, koji su u nizu elemenata poredanih po reaktivnosti, ( redukcijskoj sposobnosti ) desno od njih. • Da bi reakcija bila moguća, reaktivniji metal mora biti u elementarnom stanju, a manje reaktivan u ionskom obliku

Elektrodni potencijal • Težnja metala da oksidira ( otpusti elektrone) mjera je za ELEKTRODNI POTENCIJAL • Različiti metali imaju različitu težnju za oksidacijom, pa im je prema tome i različit elektrodni potencijal ( Voltin niz)

Kako se određuje elektrodni potencijal • Kao standardna elektroda prema kojoj se određuje potencijal druge elektrode uzima se standardna vodikova elektroda. (SHE) • Elektrodni potencijal standardne vodikove elektrode je nula pri svim temperaturama.

• Spoji li se standardna vodikova elektroda u članak s nekom drugom elektrodom, npr. cinkom, očitavanjem napona na voltmetru može se odrediti elektrodni potencijal druge elektrode • Na osnovi vrijednosti elektrodnih potencijala načinjen je elektrokemijski niz elemenata ili Voltin niz

Galvanski članak • Galvanski članak je uređaj u kojem se kemijska energija pretvara u električnu. • Najpoznatiji je Danielov članak, a sastoji se od: dvije elektrode, elektrolita i elektrolitskog mosta, elektrode moraju biti različitog elektrodnog potencijala

Galvanski članak • Metal uronjen u otopinu vlastitih iona čini odgovarajući POLUČLANAK • Negativniji metal je ANODA, a pozitivniji metal je KATODA • Zn = -0, 76 V • Cu= 0, 34 V

Galvanski članak - reakcije • ANODA-oksidacija A(-) Zn(s)→Zn 2+(aq)+2 e- • KATODA-redukcija K(+) Cu 2+(aq)+2 e- →Cu(s) SHEMATSKI PRIKAZ GALVANSKOG ČLANKA dvostruka crta –elektrolitski most Zn(s)│Zn 2+(aq) ║ Cu 2+(aq)│Cu(s) jedna crta granica elektroda - elektrolit

Ečl = 0, 34 V- (- 0, 76 V ) = 1, 1 V Razlika potencijala među elektrodama naziva se NAPON ČLANKA On je jednak razlici elektrodnih potencijala katode i anode i uvijek ima pozitivnu vrijednost Ečl = E ( katode) – E(anode)

U talinama i vodenim otopinama elektrolita nalaze se slobodni, pokretljivi ioni, koji se pod utjecajem električnog polja gibaju prema suprotno nabijenoj elektrodi. Provodi se u elektroliznom članku u kojem se električna energija pretvara u kemijsku Elektroliza Anoda se spaja na pozitivni pol, a katoda na negativni pol izvora električne struje. Elektrolit može biti talina ili vodena otopina neke soli, kiseline ili lužine. Nakon što se elektrode urone u elektrolit i spoje na izvor istosmjerne struje dolazi do procesa elektrolize. Na anodi dolazi do oksidacije , a na katodi do redukcije.

Elektroliza – elektrokemijski proces, pri kojem se uz pomoć struje na elektrodama odvijaju reakcije redukcije i oksidacije ELEKTROLIZA TALJEVINE VODENE OTOPINE ELEKTROLIZA VODE

Elektroliza taline Na. Cl • Natrijev klorid, Na. Cl (s), je ionski kristal koji se zagrijavanjem iznad 800 °C rastali. • Na taj način nastaje talina, elektrolit u kojem se nalaze natrijevi i kloridni ioni, koji se slobodno gibaju • U talinu se urone grafitne elektrode i spoje na bateriju

Elektroliza taline Na. Cl • Nakon zatvaranja strujnoga kruga dolazi do usmjerenoga gibanja iona prema suprotno nabijenim elektrodama. Natrijevi ioni, Na+ (kationi) usmjeravaju se prema negativnoj elektrodi, katodi, a kloridni ioni, Cl– (anioni) prema pozitivnoj elektrodi, anodi. • Na katodi se Na+ ioni reduciraju, a na anodi se Cl– ioni oksidiraju. • Elektrolizu taline natrijeva klorida možemo prikazati reakcijom:

Elektroliza vode • Elektroliza vode je elektrokemijski proces kojim se voda razlaže na vodik i kisik uslijed djelovanja vanjskog izvora napona zbog kojeg električna struja prolazi kroz vodu. • Elektroliza se izvodi u Hoffmanovom aparatu

Elektroliza vode Pri elektrolizi vode na elektrodama se odvijaju sljedeće reakcije:

Elektroliza vodenih otopina soli • U vodenim se otopinama, osim molekula vode, nalaze i ioni disociranih soli, kiselina ili lužina. • Na elektrodama reduciraju ili oksidiraju oni ili molekule za čiju je reakciju potrebna manja energija.

Elektroliza vodenih otopina soli • Elektrolizom vodenih otopina soli u kojima se nalaze kationi alkalijskih i zemnoalkalijskih metala te aluminijevi ili amonijevi kationi, na katodi će se reducirati molekule vode i nastat će vodik • Ako se u vodenoj otopini nalaze složeni anioni: CO 32 - , SO 42 - , NO 3 - …. oksidirati na anodi će se molekule vode i nastat će kisik

Elektroliza vodene otopine Na. Cl • Budući da je standardni redukcijski potencijal natrija (Eº (Na+/Na) = – 2, 71 V) negativniji u odnosu na standardni redukcijski potencijal vode, (Eº (H 2 O/H 2) = – 0, 83 V), na katodi dolazi do redukcije molekula vode • Stoga se elektroliza vodene otopine natrijeva klorida prikazuje jednadžbama kemijskih reakcija:

Ponovimo: 1. Zadatak Promotri sliku članka i riješi zadatke: a) Odredi koja je elektroda u članku anoda, a koja katoda b) Napiši jednadžbe reakcija na polučlancima i redoks reakciju u članku c) Izračunaj E članka

Rješenje a) Magnezij je negativna elektroda ili anoda jer je njegov standardni elektrodni potencijal ( -2, 363 V) negativniji od standardnog potencijala olova ( 0, 126 V) b) A(-) Mg ( s)→ Mg 2+ + 2 e. K(+) Pb 2+ + 2 e-→ Pb Mg + Pb 2+ → Mg 2+ + Pb c) Ečl = Ek - Ea = -0, 126 V-(- 2, 363 V)= 2, 237 V

2. Zadatak Na temelju zadanih redukcijskih potencijala zaključite s kojim će metalnim kationom reagirati bakrena pločica. E°(Al 3+│Al) = − 1, 66 V; E°(Zn 2+│Zn)= − 0, 76 V; E°(Fe 2+│Fe)= − 0, 44 V; E°(Cu 2+│Cu) = 0, 34 V; E°(Ag+│Ag) = 0, 80 V • A. • B. • C. • D. Ag+ (aq) Zn 2+ (aq) Fe 2+ (aq) Al 3+ (aq)

Rješenje • A – Jedino redukcijski potencijal za Ag+ veći je nego za Cu 2+, a da bi se reakcija spontano odvijala, potencijal članka mora biti pozitivan, E(članak) = E(redukcija) – E(oksidacija) = E(Ag+|Ag) – E(Cu 2+|Cu) = 0, 80 V – 0, 34 V = 0, 46 V

• Za koju se od navedenih vodenih otopina elektrolizom na anodi razvija kisik, a na katodi vodik? 3. Zadatak • A. K 2 SO 4(aq) • B. KCl(aq) • C. Cu. I 2(aq) • D. Cu. SO 4(aq)

Rješenje A – K 2 SO 4, kalij je metal prve skupine periodnog sustava elemenata, a elementi prve skupine elemenata ne izlučuju se na katodi iz vodenih otopina nego na katodi dolazi do redukcije vode i nastaje vodik - Na anodi dolazi do oksidacije vode i nastaje kisik jer se kisik ne izlučuje iz skupinskog aniona

Ponovite ! • Za utvrđivanje znanja pogledati pregled nastavne teme na poveznici: • https: //edutorij. e-skole. hr/share/proxy/alfresconoauth/edutorij/api/proxy-guest/15 cf 791 a-4 c 974 f 29 -84 d 9 -17 c 1 b 47 ceccc/kemija 2/m 05/j 02/index. html • https: //edutorij. e-skole. hr/share/proxy/alfresconoauth/edutorij/api/proxy-guest/15 cf 791 a-4 c 974 f 29 -84 d 9 -17 c 1 b 47 ceccc/kemija 2/m 05/j 03/index. html

Hvala na pažnji