ELEKTROKEMIJA

Prisjeti se pravila za određivanje osidacijskih brojeva te zatim odredi oksidacijske brojeve atoma u sljedećim spojevima. Koliki je oksidacijski broj kroma u spojevima:K2Cr2O7 +6K2Cr2O4 +3Cr2O3 +3 U kojem od navedenih spojeva sumpor ima oksidacijski broj IV? SO3 SF4 H2S Na2SO4 Željezov(II) sulfid je ionski spoj izgrađen od željezovihiona, Fe2+ i sulfidnihiona, S2–. Atom željeza u reakciji otpuštadva elektrona, dok atom sumpora prima dva elektrona. U navedenoj reakciji sumpor je oksidiraoželjezo, pa je on oksidacijskosredstvo ili oksidans. Budući da je željezo u istoj reakciji reduciralo sumpor on je redukcijskosredstvo ili reducens. REAKTIVNOST METALA - VOLTIN NIZ Jedno od karakterističnih svojstava metala je mala energija ionizacije njihovih atoma. Što je manja energija ionizacije atoma nekog metala, to je većanjegova redukcijska sposobnost. Prema redukcijskoj sposobnosti metale možemo svrstati u niz od najjačih do najslabijih reducensa. U tome se nizu - VOLTINOM NIZU nalaze i reducirani i oksidirani oblik metala. Iako je nemetal, u taj je niz uključen i vodik jer može tvoriti katione. Pogledaj sliku reakcije magnezija, željeza i bakra s klorovodičnom kiselinom. Donesi zaključak o reaktivnosti metala na temelju slike. Analogno konjugiranom kiselo-baznom paru, za svaki redoks par vrijedi: ako je oksidirani oblik redoks para jaki oksidans, reducirani oblik redoks para bit će slabi reducens i obratno.Primjerice, u reakciji bakra s klorovodičnom kiselinom nema spontane reakcije jer je Cu (reducirani oblik redoks para Cu slabi reducens, ali zato je Cu2+ (oksidirani oblik redoks para Cu jaki oksidans.Atomi metala su zbog male energije ionizacije elektron donori, prema tome, na lijevoj se strani PSE-a nalaze reducensi. Atomi nemetala su zbog velikog elektronskog afiniteta elektron akceptori, prema tome na desnoj se strani PSE-a nalaze oksidansi.Metali koji su jači reducensi reducirat će katione onih metala koji su slabiji reducensi, pa će se pri tome sami oksidirati.Jednadžba reakcije: Zn(s)+CuSO4(aq)⟶Cu(s)+ZnSO4(aq)* Na slici je pločica zinka uronjena u otopinu bakrova(II) sulfata. Na površini pločice cinka izlučuje se crvenosmeđi bakar. Bakrovi ioni iz otopine se oksidiraju i prelaze u elementarno stanje dok se cink reducira i prelazi u ionski oblik (Zn2+) u otopini.Da bi reakcija bila moguća, metal veće redukcijske sposobnosti mora biti u elementarnom stanju, a metal manje redukcijske (tj. veće oksidacijske) sposobnosti, u ionskom obliku. U protivnom spontana reakcija nije moguća.Zn(s) + Cu2+(aq) → Cu(s) + Zn2+(aq)Cu(s) + ZnSO4(aq) → nema spontane reakcije Koja se od navedenih reakcija, opisanih odgovarajućim kemijskim jednadžbama, može spontano dogoditi?ZAPAMTI - metal je jače redukcijsko sredstvo kada se nalazi s lijeve strane PSE i u elementarnom je stanju pa može prijeći u svoj ionski oblik tj može se oksidirati a pri tome drugu tvar reducira. Ni(s) + MnCl2(aq) → NiCl2(aq) + Mn(s) Pb(s) + NaNO3(aq)→ 2Na(s) + Pb(NO3)2(aq) Zn(s) + Pb(NO3)2(aq)→ Pb(s) + Zn(NO3)2(aq) 2Al(s) + 3CaCl2(aq)→ 2AlCl3(aq) + 3Ca(s) GALVANSKI ČLANAK Galvanski članakproizvodi električnu struju koja nastaje kao rezultat neke spontane reakcije koja se u njemu odvija. U galvanskome se članku kemijska energija neke redoks-reakcije pretvara u električnu.Galvanski je članak sačinjen od dvapolučlanka. Općenito, polučlanak čini metal uronjen u otopinu vlastitih iona. Primjerice, metalna pločica cinka uronjena u vodenu otopinu cinkova sulfata je jedan polučlanak, a bakrena pločica uronjena u vodenu otopinu bakrova(II) sulfata drugi polučlanak.Otopine u čašama povezane su elektrolitskim mostom, a elektrode (cinkova i bakrena pločica) su međusobno spojene metalnim vodičima preko voltmetra.Elektrolitski most je savinuta staklena cjevčica ispunjena koncentriranom otopinom elektrolita (primjerice kalijeva nitrata) u agar-agar gelu. Elektrolitski most omogućuje izmjenu iona između polučlanaka. Budući da anodnom reakcijom dolazi do povećanja koncentracije cinkovih iona, iz elektrolitskog mosta u anodni prostor ulazekloridni ioni koji služe za neutralizaciju pozitivnog naboja. Analogno tome, u katodnom prostoru smanjuje se koncentracija bakrovih iona pozitivnog naboja, pa u anodni prostor iz elektrolitnog mosta ulaze kalijevi ioni.Elektrolitski most, pored navedene funkcije ima i važnu funkciju zatvaranja strujnog kruga.Elektrode, anoda i katoda, se međusobno razlikuju po vrsti reakcije koja se na njima odvija.Anoda je elektroda na kojoj se uvijek događa reakcija oksidacije, a katoda ona elektroda na kojoj se uvijek događa reakcija redukcije.Struja koja protječe galvanskim člankom posljedica je reakcija na elektrodama.anoda (–) Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- oksidacijakatoda (+) Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s) redukcijaZbirna reakcija u galvanskome članku je:Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)Ovaj je galvanski članak izumio 1835. g John Frederic Daniell, pa je po njemu dobio nazivDaniellov članak.Shematski prikaz Daniellovog članka:Zn(s)| Zn2+(aq) || Cu2+(aq)| Cu(s)oksidacija redukcijaCrta označava granicu između elektrode i elektrolita, a dvostruka crta označava elektrolitski most. Your browser does not support HTML5 video. Standardna vodikova elektroda Elektrodni potencijal neke elektrode određuje se tako da se ispitivana elektroda spoji kao katoda, a standardna vodikova elektroda kao anoda. Standardna vodikova elektroda sastoji se od platinske pločice prevučene slojem spužvaste platine, uronjene u otopinu klorovodične kiseline množinske koncentracije vodikovih iona 1 mol dm–3. Spužvasta platina adsorbira čisti vodik koji se dovodi pod tlakom od 100 kPa do zasićenja, pa se platinska elektroda može smatrati standardnom vodikovom elektrodom.Prema IUPAC-u elektrodni se potencijal odnosi na polureakcije redukcije.Standardni redukcijski elektrodni potencijal standardne vodikove elektrode dogovorno je nula pri svim temperaturama. Potencijal galvanskog članka Potencijal galvanskog članka ili napon članka, Ečl, čini razlika standardnih redukcijskih elektrodnih potencijala katode i anode.Proces je spontan kada je razlika elektrodnih potencijala pozitivna vrijednost (Ečl> 0).Ečl= Ekatoda – EanodaPomoću podataka za vrijednosti standardnih redukcijskih elektrodnih potencijala, koji se mogu naći u tablici redukcijskih potencijala, moguće je izračunati napon bilo kojeg galvanskog članka, primjerice, Daniellova članka:E°(Zn2+ =–0,76 VE°(Cu2+ = 0,34 VEčl= Ekatoda – Eanoda = 0,34 V – (–0,76 V) = 1,10 VŠto je standardni elektrodni potencijal, E°, negativniji, to je metal jači reducens (lakše se oksidira), odnosno, što je standardni elektrodni potencijal pozitivniji, to je jači oksidans (lakše se reducira). Navedene su vrijednosti standardnih elektrodnih potencijala nekih polučlanaka:Temeljem navedenih vrijednosti za elektrodne potencijale, odredite koja je tvrdnja točna, a koja netočna, tako što uz točnu tvrdnjuupišite slovo T, a uz netočnu slovo N. Elementarni kalcij je najjači oksidans NElementarni klor je najjači reducens NKrom je bolji reducens od srebra TKrom se lakše oksidira od kalcija N Navedeni niz prikazuje reaktivnost nekih metala u odnosu na vodik (Voltin niz).Cs K Na Ca Mg Al Mn Zn Fe Cd Co Ni Sn Pb Cu Hg Ag Au PtS kojim sve metalima možemo izlučiti cink iz otopine cinkova klorida? magnezij, bakar, cezij, željezo aluminij, kalij, magnezij, kobalt aluminij, kalij, kalcij, magnezij bakar, živa, srebro, zlato Shematski je prikazan galvanski članak sastavljen od olovnog i magnezijevog polučlanka.Dio Voltinog niza: K, Mg, Zn, Cd, Ni, Pb, H2, Cu, Ag Mase olova i magnezija na elektrodama rastu. Mase olova i magnezija na elektrodama se smanjuju. Masa olova na elektrodi se smanjuje, a masa magnezija raste. Masa olova na elektrodi raste, a masa magnezija se smanjuje. Za reakcije u navedenim polučlancima dane su vrijednosti elektrodnih potencijala:Cr3+ + 3e- --> Cr(s) E=-0,74VPb2+ + 2e- --> Pb (s) E=-0.13 VIzračunaj napon članka u kojem napreduje reakcija:2Cr(s) + 3Pb2+ --> 2Cr3+ + 3Pb(s)Rješenje: Ečl = 0,61 V