Cíl výuky
- Připomeňte si, že redukce. dochází na katodě a k oxidaci na anodě ve voltovém článku
Klíčové body
- Oxidace popisuje ztrátu elektronů molekulou, atomu nebo iontu.
- Redukce popisuje zisk elektronů molekulou, atomem nebo iontem.
- Elektrony vždy proudí od anody ke katodě.
- Poločlánky jsou spojeny solným můstkem, který umožňuje pohyb iontů v roztoku z jednoho poločlánku do druhého, takže reakce může pokračovat.
Termíny
- voltaický článekČlánek, například v baterii, ve kterém probíhá nevratná chemická reakce, při níž vzniká elektřina; článek, který nelze dobíjet.
- redoxVratná chemická reakce, při níž jedna reakce je oxidační a opačná redukční.
- poločlánekJedna ze dvou částí elektrochemického článku obsahující elektrodu a elektrolyt.
Elektrochemický článek je zařízení, které vyrábí elektrický proud z energie uvolněné spontánní redoxní reakcí. Mezi tento druh článků patří galvanický neboli voltův článek, pojmenovaný podle Luigiho Galvaniho a Alessandra Volty. Tito vědci provedli koncem 18. století několik pokusů s chemickými reakcemi a elektrickým proudem.
Elektrochemické články mají dvě vodivé elektrody, nazývané anoda a katoda. Anoda je definována jako elektroda, na které dochází k oxidaci. Katoda je elektroda, na níž probíhá redukce. Elektrody mohou být vyrobeny z jakýchkoli dostatečně vodivých materiálů, jako jsou kovy, polovodiče, grafit a dokonce i vodivé polymery. Mezi těmito elektrodami je elektrolyt, který obsahuje ionty, jež se mohou volně pohybovat.
Voltův článek používá dvě různé kovové elektrody, každou v roztoku elektrolytu. Na anodě probíhá oxidace a na katodě redukce. Kov anody se bude oxidovat, přejde z oxidačního stavu 0 (v pevném stavu) do kladného oxidačního stavu a stane se iontem. Na katodě přijme iont kovu v roztoku jeden nebo více elektronů z katody a oxidační stav iontu se zredukuje na 0. Vznikne tak pevný kov, který se usazuje na katodě. Obě elektrody musí být vzájemně elektricky propojeny, což umožňuje tok elektronů, které opouštějí kov anody a proudí tímto spojením k iontům na povrchu katody. Tento tok elektronů představuje elektrický proud, který lze využít k vykonání práce, například k roztočení motoru nebo napájení světla.
Příklad reakce
Principem činnosti voltaického článku je současná oxidační a redukční reakce, nazývaná redoxní reakce. Tato redoxní reakce se skládá ze dvou poloreakcí. V typickém voltaickém článku tvoří redoxní pár měď a zinek, který je zastoupen následujícími polovičními reakcemi:
Zinková elektroda (anoda): Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-
Měděná elektroda (katoda): (katoda): Cu2+(aq) + 2 e- → Cu(s)
Celky jsou zkonstruovány v samostatných kádinkách. Kovové elektrody jsou ponořeny do roztoků elektrolytů. Každá polovina článku je spojena solným můstkem, který umožňuje volný transport iontů mezi oběma články. Po dokončení obvodu teče proud a článek „vyrábí“ elektrickou energii.
Měď snadno oxiduje zinek; anodou je zinek a katodou měď. Anionty v roztocích jsou sírany příslušných kovů. Když elektrody spojí elektricky vodivé zařízení, probíhá elektrochemická reakce:
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
Zinková elektroda při oxidaci produkuje dva elektrony (Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-), které putují vodičem ke katodě mědi. Elektrony pak najdou Cu2+ v roztoku a měď se redukuje na kovovou měď (Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu). Během reakce se zinková elektroda použije a kov se zmenší, zatímco měděná elektroda se zvětší díky usazené Cu, která vzniká. Solný můstek je nutný k tomu, aby náboj proudil článkem. Bez solného můstku by se elektrony vyrobené na anodě hromadily na katodě a reakce by přestala probíhat.
Voltaické články se obvykle používají jako zdroj elektrické energie. Ze své podstaty vyrábějí stejnosměrný proud. Baterie je soubor paralelně zapojených voltaických článků. Například olověný akumulátor má články, jejichž anody jsou tvořeny olovem a katody oxidem olovnatým.
.