سلولها و الکترودهای الکتروشیمیایی
یک سلول الکتروشیمیایی دو واکنش الکترودی را از طریق یک الکترولیت و یک مدار خارجی به هم متصل میکند، که یا از یک واکنش خودبهخودی انرژی الکتریکی تولید میکند یا یک واکنش غیرخودبهخودی را با توان اعمالشده به حرکت درمیآورد.
Definition
وسیلهای متشکل از دو الکترود در تماس با یک یا چند الکترولیت، که در آن اکسیداسیون در آند و کاهش در کاتد رخ میدهد و انرژی شیمیایی و الکتریکی را به یکدیگر تبدیل میکند.
Scope
این موضوع معماری سلولهای الکتروشیمیایی را پوشش میدهد: تمایز بین عملکرد گالوانیک و الکترولیتی، نقشهای آند و کاتد، عملکرد الکترولیت و پل نمکی، و نمادگذاری استاندارد سلول. این شامل طبقهبندی انواع الکترودها (فلز/یون فلز، گاز، ردوکس، و الکترودهای غشایی) و قراردادهایی است که علامت و جهت را به واکنشهای سلول اختصاص میدهند.
Core questions
- چه چیزی یک سلول گالوانیک (خودبهخودی) را از یک سلول الکترولیتی (راندهشده) متمایز میکند؟
- آند و کاتد چگونه مستقل از قطبیت تعریف میشوند؟
- الکترولیت و پل نمکی چه نقشهایی در تکمیل مدار و در عین حال حفظ خنثیبودن الکتریکی ایفا میکنند؟
- نمادگذاری استاندارد سلول چگونه اجزا و جهت یک واکنش سلولی را کدگذاری میکند؟
Key theories
- عملکرد گالوانیک در مقابل الکترولیتی
- در یک سلول گالوانیک، یک واکنش ردوکس خودبهخودی (ΔG منفی) جریان را از طریق یک بار خارجی هدایت میکند، در حالی که در یک سلول الکترولیتی، یک منبع خارجی یک واکنش غیرخودبهخودی را مجبور میکند؛ همان سختافزار میتواند در هر دو حالت کار کند، مانند باتریهای قابل شارژ.
- قرارداد آند/کاتد
- اکسیداسیون همیشه در آند و کاهش در کاتد رخ میدهد، بنابراین قطبیت فیزیکی هر الکترود به این بستگی دارد که آیا سلول در حال تحویل یا مصرف انرژی است.
Clinical relevance
معماری سلول زیربنای تمام باتریها، پیلهای سوختی، الکترولایزرها و حسگرها است. درک نقشهای الکترود و عملکرد الکترولیت برای طراحی دستگاههای ذخیره انرژی، الکتروسنتز صنعتی و ساخت ابزارهای الکتروشیمیایی تحلیلی اساسی است.
History
پیل ولتا در سال ۱۸۰۰ اولین سلول گالوانیک پایدار را به نمایش گذاشت؛ دانیل در سال ۱۸۳۶ با طراحی دو محفظهای پایداری را بهبود بخشید، و فارادی در دهه ۱۸۳۰ اصطلاحات الکترود، آند، کاتد و الکترولیت را به همراه قوانین کمی الکترولیز معرفی کرد.
Key figures
- Alessandro Volta
- Michael Faraday
- John Frederic Daniell
Related topics
Seminal works
- bard2001
- atkins2018
- hamann2007
Frequently asked questions
- چرا آند بین باتری و شارژر از منفی به مثبت تغییر میکند؟
- آند با اکسیداسیون تعریف میشود، نه قطبیت؛ در یک باتری در حال دشارژ، الکترود اکسیدکننده ترمینال منفی است، اما در طول شارژ، الکترود اکسیدکننده که به صورت خارجی هدایت میشود، ترمینال مثبت میشود.
- پل نمکی چه کاری انجام میدهد؟
- این پل دو نیمسلول را به صورت یونی به هم متصل میکند و به یونها اجازه میدهد تا برای متعادل کردن بار تولید شده توسط واکنشهای الکترود مهاجرت کنند تا سلول خنثی بماند، در حالی که از اختلاط عمده دو محلول جلوگیری میکند.