- Bahagian sel galvanik
- Berfungsi
- Reaksi pengoksidaan dan pengurangan
- Jambatan garam
- Potensi pengoksidaan dan pengurangan
- Perwakilan simbol sel galvanik
- Permohonan
- Sel galvanik dalam kehidupan seharian
- Pembinaan sel galvanik buatan sendiri
- bahan
- Proses
- Rujukan
The sel galvani atau sel voltan adalah sejenis sel elektrokimia yang terdiri daripada dua logam yang berlainan tenggelam dalam dua sel separuh, di mana sebatian dalam larutan mengaktifkan reaksi spontan.
Kemudian salah satu logam di salah satu daripada setengah sel dioksidakan sementara logam di sel sel yang lain dikurangkan, menghasilkan pertukaran elektron melalui litar luaran. Ini memungkinkan untuk memanfaatkan arus elektrik.
Rajah 1. Skema dan bahagian sel galvanik. Sumber: corinto.pucp.edu.pe.
Nama "sel galvanik" adalah penghormatan kepada salah satu pelopor percubaan dengan elektrik: doktor dan ahli fisiologi Itali Luigi Galvani (1737-1798).
Galvani mendapati pada tahun 1780 bahawa jika kabel logam yang berlainan disambungkan pada satu ujung dan ujung bebasnya bersentuhan dengan katak (mati) katak, maka kontraksi berlaku.
Walau bagaimanapun, yang pertama membina sel elektrokimia untuk menghasilkan elektrik juga ialah Alessandro Volta dari Itali (1745-1827) pada tahun 1800 dan dengan itu nama alternatif sel voltan.
Bahagian sel galvanik
Bahagian sel galvanik ditunjukkan dalam gambar 1 dan adalah seperti berikut:
1.- Semisel anodik
2.- Elektrod anodik
3.- Penyelesaian anodik
4.- Cathode semicell
5.- Elektrod katod
6.- Penyelesaian katodik
7.- Jambatan masin
8.- Pengalir logam
9.- Voltmeter
Berfungsi
Untuk menjelaskan operasi sel galvanik, kita akan menggunakan sel bawah:
Rajah 2. Model didaktik sel galvanik. Sumber: slideserve.com
Idea asas sel galvanik adalah bahawa logam yang mengalami tindak balas pengoksidaan secara fizikal dipisahkan dari logam yang dikurangkan, sedemikian rupa sehingga pertukaran elektron berlaku melalui konduktor luaran yang memungkinkan untuk memanfaatkan aliran arus elektrik, contohnya untuk menyalakan lampu atau dipimpin.
Pada gambar 2, di sel setengah kiri terdapat pita tembaga logam (Cu) yang direndam dalam larutan tembaga sulfat (CuS0 4 ), sementara di sel separuh kanan terdapat pita zink (Zn) yang direndam larutan zink sulfat (ZnSO 4 ).
Perlu diperhatikan bahawa dalam setiap setengah sel logam masing-masing terdapat dalam dua keadaan pengoksidaan: atom logam neutral dan ion logam garam logam yang sama dalam larutan.
Sekiranya pita logam tidak disambungkan oleh wayar konduktif luar, maka kedua logam tersebut dioksidakan secara berasingan di sel masing-masing.
Walau bagaimanapun, kerana mereka disambungkan secara elektrik, berlaku pengoksidaan di Zn sementara akan ada reaksi pengurangan di Cu. Ini kerana tahap pengoksidaan zink lebih besar daripada kuprum.
Logam yang dioksidakan memberikan elektron kepada logam yang dikurangkan melalui konduktor luar dan arus arus ini dapat dimanfaatkan.
Reaksi pengoksidaan dan pengurangan
Tindak balas yang berlaku di sebelah kanan antara elektrod logam zink dan larutan zat sulfat berair adalah seperti berikut:
Zn o (s) + Zn 2+ (SO 4 ) 2- → 2 Zn 2+ (ac) + (SO 4 ) 2- + 2 e -
Atom zink (pepejal) di permukaan elektrod anod di sel separuh kanan, dirangsang oleh ion positif zink dalam larutan, melepaskan dua elektron dan dilepaskan dari elektrod, masuk ke dalam larutan berair sebagai ion positif ganda zink.
Kami menyedari bahawa hasil bersihnya ialah atom zink neutral dari logam, melalui kehilangan dua elektron, menjadi ion zink yang menambah larutan berair, sehingga batang zink kehilangan satu atom dan penyelesaian memperoleh ion berganda positif.
Elektron yang dilepaskan akan lebih suka bergerak melalui wayar luar ke arah logam sel sel yang bermuatan positif yang lain (katod +). Batang zink kehilangan jisim kerana atomnya secara beransur-ansur masuk ke dalam larutan berair.
Pengoksidaan zink dapat diringkaskan seperti berikut:
Zn o (s) → Zn 2+ (ac) + 2 e -
Tindak balas yang berlaku di sebelah kiri adalah serupa, tetapi kuprum dalam larutan berair menangkap dua elektron (berasal dari setengah sel yang lain) dan didepositkan pada elektrod tembaga. Apabila atom mengambil elektron dikatakan berkurang.
Reaksi pengurangan tembaga ditulis seperti ini:
Cu 2+ (ac) + 2 e - → Cu o (s)
Batang tembaga semakin bertambah, kerana ion larutan tersebut masuk ke bar.
Pengoksidaan berlaku di anoda (negatif), yang menghalau elektron, sementara pengurangan berlaku pada katod (positif), yang menarik elektron. Pertukaran elektron berlaku melalui konduktor luar.
Jambatan garam
Jambatan garam mengimbangi cas yang terkumpul di dua sel separuh. Ion positif terkumpul di separuh sel anodik, sementara di sel katodik terdapat lebihan ion sulfat negatif.
Untuk jambatan garam, larutan garam (seperti natrium klorida atau kalium klorida) yang tidak campur tangan dalam tindak balas digunakan, yang berada dalam tiub berbentuk U terbalik dengan hujungnya disambungkan dengan dinding bahan berliang.
Tujuan tunggal jambatan garam adalah agar ion menapis ke dalam setiap sel, mengimbangkan atau meneutralkan lebihan cas. Dengan cara ini, aliran arus dihasilkan melalui jambatan garam, melalui ion garam, yang menutup litar elektrik.
Potensi pengoksidaan dan pengurangan
Potensi pengoksidaan dan pengurangan piawai difahami sebagai yang berlaku di anod dan katod pada suhu 25 andC dan dengan larutan kepekatan 1M (satu molar).
Bagi zink, potensi pengoksidaan standardnya ialah E ox = +0.76 V. Manakala, potensi penurunan standard bagi tembaga adalah E merah = +0.34 V. Daya elektromotif (emf) yang dihasilkan oleh sel galvanik ini adalah : emf = +0.76 V + 0.34 V = 1.1 V.
Tindak balas global sel galvanik boleh ditulis seperti ini:
Zn o (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu o (s)
Dengan mengambil kira sulfat, tindak balas bersih adalah:
Zn o (s) + Cu 2+ (SO 4 ) 2- 25ºC → Zn 2+ (SO 4 ) 2+ Cu o (s)
Sulfat adalah pengamat, sementara logam bertukar elektron.
Perwakilan simbol sel galvanik
Sel galvanik dalam gambar 2 dilambangkan secara simbolik seperti berikut:
Zn o (s) -Zn 2+ (aq) (1M) - Cu 2+ (aq) (1M) -Cu o (s)
Secara konvensional, logam yang mengoksidakan dan membentuk anod (-) selalu diletakkan di sebelah kiri, dan ionnya dalam keadaan berair dipisahkan oleh bar (-). Sel separuh anodik dipisahkan dari katod satu demi dua batang (-) yang mewakili jambatan garam. Di sebelah kanan diletakkan sel separuh logam yang dikurangkan dan membentuk katod (+).
Dalam perwakilan simbol dari sel galvanik, sebelah kiri yang paling hujung selalu merupakan logam yang teroksidasi dan logam yang dikurangkan diletakkan di sebelah kanan yang melampau (dalam keadaan pepejal). Perlu diperhatikan bahawa dalam Rajah 2 sel separuh berada dalam kedudukan terbalik berkenaan dengan perwakilan simbolik konvensional.
Permohonan
Mengetahui potensi pengoksidaan logam yang berbeza, adalah mungkin untuk menentukan daya elektromotif yang akan dihasilkan oleh sel galvanik yang dibina dengan logam ini.
Pada bahagian ini, kami akan menerapkan apa yang dinyatakan di bahagian sebelumnya untuk mengira daya elektromotif bersih sel yang dibina dengan logam lain.
Sebagai contoh aplikasi, kami menganggap sel galvanik besi (Fe) dan tembaga (Cu). Sebagai data, tindak balas pengurangan berikut dan potensi pengurangan standard diberikan, iaitu pada kepekatan 25ºC dan 1M:
Fe 2+ (ac) + 2 e - → Fe (s). Rangkaian E1 = -0.44 V
Cu 2+ (ac) + 2 e - → Cu (s). E2 merah = +0.34 V
Ia diminta untuk mencari daya elektromotif bersih yang dihasilkan oleh sel galvanik berikut:
Fe (s) -Fe 2+ (aq) (1M) - Cu 2+ (aq) -Cu (s)
Dalam sel ini besi mengoksidasi dan merupakan anoda sel galvanik, sementara tembaga berkurang dan merupakan katod. Potensi pengoksidaan besi sama dengan tetapi berlawanan dengan potensi pengurangannya, iaitu E1 oxd = +0.44.
Untuk mendapatkan daya elektromotif yang dihasilkan oleh sel galvanik ini, kami menambahkan potensi pengoksidaan besi dengan potensi pengurangan tembaga:
emf = E1 oxd + E2 merah = -E1 merah + E2 merah = 0.44 V + 0.34 V = 0.78 V.
Sel galvanik dalam kehidupan seharian
Sel galvanik untuk penggunaan sehari-hari sangat berbeza dengan bentuk yang digunakan sebagai model didaktik, tetapi prinsip operasinya sama.
Sel yang paling biasa digunakan ialah bateri beralkali 1.5V dalam persembahannya yang berbeza. Nama pertama datang kerana ia adalah sekumpulan sel yang dihubungkan secara bersiri untuk meningkatkan emf.
Bateri boleh dicas semula Lithium juga berdasarkan prinsip kerja yang sama dengan sel galvanik dan bateri yang digunakan dalam telefon pintar, jam tangan dan peranti lain.
Dengan cara yang sama, bateri plumbum untuk kereta, motosikal dan kapal berukuran 12V dan berdasarkan prinsip operasi sel galvanik yang sama.
Sel galvanik digunakan dalam estetika dan pertumbuhan semula otot. Terdapat rawatan wajah yang terdiri daripada penggunaan arus melalui dua elektrod dalam bentuk roller atau sfera yang membersihkan dan menenangkan kulit.
Nadi semasa juga digunakan untuk meregenerasi otot pada orang yang berada dalam keadaan sujud.
Pembinaan sel galvanik buatan sendiri
Terdapat banyak cara untuk membina sel galvanik buatan sendiri. Salah satu yang paling mudah ialah menggunakan cuka sebagai larutan, paku keluli, dan kabel tembaga.
bahan
-Cawan plastik boleh guna
-Cuka putih
-Dua skru keluli
-Dua keping dawai tembaga kosong (tidak ada penebat atau pernis)
-A voltmeter
Proses
- Isi ¾ bahagian gelas dengan cuka.
-Sambungkan kedua-dua skru keluli dengan beberapa putaran wayar, membiarkan sekeping wayar dilepaskan.
Hujung wayar tembaga yang tidak dilekuk dibengkokkan ke bentuk U terbalik sehingga ia terletak di tepi kaca dan skru terendam di dalam cuka.
Rajah 3. Sel galvanik dan multimeter buatan sendiri. Sumber: youtube.com
Sekeping wayar tembaga yang lain juga dibengkokkan pada U terbalik dan digantung di tepi kaca dalam kedudukan yang berlawanan dengan skru yang terbenam, sehingga sebahagian tembaga berada di dalam cuka dan bahagian lain dari wayar tembaga berada di luar. dari kaca.
Hujung bebas voltmeter dihubungkan untuk mengukur daya elektromotif yang dihasilkan oleh sel sederhana ini. Emf sel jenis ini ialah 0.5V. Untuk menyamakan emf bateri alkali, perlu membina dua sel lagi dan bergabung dengan tiga siri, supaya bateri 1.5V diperoleh
Rujukan
- Borneo, R. Galvanic dan sel elektrolitik. Dipulihkan dari: classdequimica.blogspot.com
- Cedrón, J. Kimia am. PUCP. Dipulihkan dari: corinto.pucp.edu.pe
- Farrera, L. Pengenalan elektrokimia. Jabatan Fisikimia UNAM. Dipulihkan dari: depa.fquim.unam.mx.
- Wikipedia. Sel elektrokimia. Dipulihkan dari: es.wikipedia.com.
- Wikipedia. Sel galvanik. Dipulihkan dari: es.wikipedia.com.