전기 화학 전지는 화학 에너지를 전기 에너지 또는 그 역으로 변환되고, 여기서 장치가되는 화학 반응이 전달된다. 이 세포들은 전기 화학의 핵심을 구성하며, 영혼은 두 화학 종 사이에서 자발적이든 아니든 발생할 수있는 전자의 잠재적 인 교환입니다.
두 종 중 하나는 산화되어 전자를 잃고 다른 종은 환원되어 전달 된 전자를 얻습니다. 일반적으로 환원되는 종은 용액의 금속 양이온이며, 전자를 얻음으로써 동일한 금속으로 만들어진 전극에 전기적으로 증착됩니다. 반면에 산화되는 종은 금속으로 금속 양이온으로 변합니다.
Daniel의 전기 화학 셀 다이어그램. 출처 : Rehua
예를 들어, 위의 이미지는 모든 전기 화학 셀 중 가장 단순한 Daniel의 셀을 나타냅니다. 금속성 아연 전극은 산화되어 Zn 2+ 양이온 을 수성 매체로 방출 합니다. 이것은 왼쪽 의 ZnSO 4 컨테이너 에서 발생합니다 .
오른쪽에서 CuSO 4를 포함하는 용액 이 감소되어 Cu 2+ 양이온 이 구리 전극에 증착되는 금속 구리로 변환 됩니다. 이 반응이 진행되는 동안 전자는 메커니즘을 활성화하는 외부 회로를 통해 이동합니다. 따라서 팀 운영에 전기 에너지를 제공합니다.
전기 화학 전지의 구성 요소
전극
전류는 전기 화학 전지에서 생성되거나 소비됩니다. 전자의 적절한 흐름을 보장하려면 전기 전도체가 좋은 물질이 있어야합니다. 이것은 구리,은 또는 금 배선과 함께 제공되는 전극과 외부 회로가 들어오는 곳입니다.
전극은 전기 화학 셀에서 반응이 일어나는 표면을 제공하는 물질입니다. 발생하는 반응에 따라 두 가지 유형이 있습니다.
-양극, 산화가 일어나는 전극
-환원이 발생하는 음극, 전극
전극은 Daniel의 셀 (아연 및 구리)의 경우와 같이 반응 물질로 만들 수 있습니다. 또는, 백금 또는 흑연으로 만들어 질 때 발생하는 불활성 물질.
양극에 의해 방출 된 전자는 음극에 도달해야합니다. 그러나 솔루션을 통하지 않고 두 전극을 외부 회로에 연결하는 금속 케이블을 통합니다.
전해질 용해
전극을 둘러싸고있는 용액은 강한 전해질이 풍부하기 때문에 중요한 역할을합니다. 예 : KCl, KNO 3 , NaCl 등 이러한 이온은 양극에서 음극으로의 전자 이동뿐만 아니라 감소시킬 종과 상호 작용하기 위해 전극 주변을 통한 전도를 어느 정도 선호합니다.
예를 들어 해수는 이온 농도가 낮은 증류수보다 전기를 훨씬 잘 전도합니다. 그렇기 때문에 전기 화학 전지는 구성 요소간에 전해질 용해가 강합니다.
식염수 다리
용액의 이온이 전극을 둘러싸 기 시작하여 전하의 분극을 일으 킵니다. 양이온이 감소함에 따라 음극 주변의 용액은 음전하를 띠기 시작합니다. Daniel 전지의 경우 , 음극에 금속 구리로 증착되었을 때 Cu 2+ 양이온 . 따라서 양전하가 부족하기 시작합니다.
이것은 전하의 균형을 맞추고 전극이 분극화되는 것을 방지하기 위해 소금 다리가 개입하는 곳입니다. 음극의 측면 또는 구획으로, 소금 다리의 양이온이 K + 또는 Zn 2+ 로 이동하여 소비 된 Cu 2+ 를 대체합니다 . 한편, NO 3 - 음이온 염 다리 마이그레이션 것이다 아연의 농도 증가 중화하고, 양극 실쪽으로 2+ 양이온 .
소금 다리는 소금의 포화 용액으로 구성되어 있으며, 그 끝은 이온은 투과 할 수 있지만 물은 투과 할 수없는 겔로 덮여 있습니다.
전기 화학 전지의 유형과 작동 방식
전기 화학 전지의 작동 방식은 유형에 따라 다릅니다. 기본적으로 갈바닉 (또는 볼타)과 전해의 두 가지 유형이 있습니다.
갈바닉
Daniel의 셀은 갈바닉 전기 화학 셀의 예입니다. 그들에서 반응은 자발적으로 발생하고 배터리의 잠재력은 긍정적입니다. 잠재력이 클수록 전지가 더 많은 전기를 공급합니다.
셀 또는 배터리는 정확하게 갈바닉 셀입니다. 두 전극 사이의 화학적 전위는 두 전극을 연결하는 외부 회로가 개입 할 때 전기 에너지로 변환됩니다. 따라서 전자는 양극에서 이동하여 배터리가 연결된 장비를 점화하고 음극으로 직접 반환됩니다.
전해
전해 전지는 외부 소스에서 전기 에너지를 공급받지 않는 한 반응이 자발적으로 발생하지 않는 세포입니다. 여기에서 반대 현상이 발생합니다. 전기는 비 자발적인 화학 반응을 발생시킵니다.
이러한 유형의 전지 내에서 발생하는 가장 잘 알려져 있고 가장 가치있는 반응 중 하나는 전기 분해입니다.
충전식 배터리는 전해 및 동시에 갈바닉 전지의 예입니다. 충전 된 배터리는 화학 반응을 역전시키고 재사용을위한 초기 조건을 재설정하기 위해 충전됩니다.
예
다니엘의 세포
다음 화학 방정식은 아연과 구리가 참여하는 Daniel의 세포 반응에 해당합니다.
Zn (s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu (s)
그러나 양이온 Cu 2+ 및 Zn 2+ 는 단독이 아니라 음이온 SO 4 2-를 동반합니다 . 이 셀은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
아연 - ZnSO 4 - - CuSO 4 - 구리
Daniel의 세포는 모든 실험실에서 만들 수 있으며, 전기 화학을 도입 할 때 매우 반복적입니다. Cu 2+ 가 Cu 로 증착됨에 따라 CuSO 4 용액의 파란색 은 점차 희미해질 것입니다.
백금 수소 전지
수소 가스를 소비하고 금속은을 생산하는 동시에 전기를 공급하는 전지를 상상해보십시오. 이것은 백금과 수소 전지이며 일반적인 반응은 다음과 같습니다.
2AgCl (S) + H 2 (g)를 2AG (S) + → 2H + + 2Cl -
여기 양극 구획에는 불활성 백금 전극이 있으며 물에 잠기고 기체 수소로 펌핑됩니다. H 2 는 H + 로 산화되고 금속은 전극이있는 음극 구획의 유백색 AgCl 침전물에 전자를 포기합니다. 이은에서는 AgCl이 감소하고 전극의 질량이 증가합니다.
이 셀은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
편, H 2 - H + - - CL - , AgCl을 -의 Ag
다운스 셀
그리고 마지막으로 전해 전지 중에는 다운스 전지로 더 잘 알려진 용융 염화나트륨이 있습니다. 여기서 전기는 용융 된 NaCl의 부피를 전극을 통해 이동시키는 데 사용되어 다음과 같은 반응을 일으 킵니다.
2Na를 + (l) + 2E - → 2Na를 (S) (음극)
2Cl - (l) CL → 2 (g) + 2E - (양극)
2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl 2 (g) (전역 반응)
따라서 전기와 염화나트륨 덕분에 금속 나트륨 및 염소 가스를 준비 할 수 있습니다.
참고 문헌
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