Hoofdstuk 17 Accu’s en brandstofcellen Scheikunde vwo 6
§17.2 Elektrochemische cel
Stroom uit stoffen
Voor batterijen en accu’s gebruik je in de scheikunde de verzamelnaam
elektrochemische cellen. Hierin wordt chemische energie omgezet in elektrische
energie.
Bij elektrochemische energie kijk je naar redoxreacties op afstand. Dat wil zeggen dat er
2 reactievaten zijn, 1 waarin de reactie van de oxidator verloopt en 1 waarin de reactie
van de reductor verloopt. Deze 2 reactievaten, halfcellen genoemd, kun je verbinden
via stroomdraden en een zogenaamde zoutbrug. De elektronen die vrijkomen bij de
reactie van de reductor stromen via een stroomdraad naar de halfcel waar de reactie
van de oxidator plaatsvindt. Door het plaatsen van elektronische apparatuur in de
stroomdraad kun je nu gebruikmaken van de elektronenstroom.
Batterijen en accu’s zijn elektrochemische cellen, waarin een redoxreactie op afstand
plaatsvindt. De reductorreactie verloopt in de ene halfcel, de oxidatorreactie in de andere
halfcel. De elektronenstroom die ontstaat kun je gebruiken als energiebron.
Daniellcel
De eerste elektrochemische cel die een behoorlijke hoeveelheid stroom kon leveren,
was de daniellcel. De daniellcel kun je gebruiken om te bekijken hoe op microniveau de
stroomlevering verloopt. De ene halfcel bevat een zinkstaafje in een
zinksulfaatoplossing en de andere halfcel een koperstaafje in een
koper(II)sulfaatoplossing. De staafjes noem je elektrodes. Als je de elektrode in de ene
halfcel verbindt met de elektrode in de andere halfcel, dan reageert de sterkste
reductor, zink, met de sterkste oxidator, de koper(II)ionen. In elk van de halfcellen vindt
dan een halfreactie plaats:
- Bij de zinkelektrode: Zn (s) → Zn2+ + 2e–
- Bij de koperelektrode: Cu2+ + 2e– → Cu (s)
Als je de daniellcel lange tijd stroom laat leveren, vallen 3 dingen op:
1. De blauwe kleur van de Cu2+-oplossing wordt lichter (afname concentratie
koper(II)ionen)
2. De massa van de zinkelektrode neemt af (zinkatomen worden omgezet in zinkionen, die
in de oplossing gaan)
3. De massa van de koperelektrode neemt toe (neerslaan van koperatomen op de
koperelektrode)
, De elektrode waaraan de oxidator reageert, noem je de positieve elektrode, ook wel
pluspool. De elektrode in de halfcel met de reductor noem je de negatieve elektrode,
ook wel minpool. De elektronen gaan van de reductor naar de oxidator. Dus van de
negatieve (-) naar de positieve (+) elektrode. In de daniellcel is koper de positieve
elektrode en zink de negatieve elektrode.
Als de beide halfcellen in een elektrochemische cel alleen via een stroomdraad
verbonden zouden zijn, zou de cel geen stroom leveren. Als dat wel zou gebeuren, dan
zou er in de halfcel met de positieve elektrode een overschot aan negatieve ionen
ontstaan (Cu2+-ionen slaan immers neer op de elektrode) en bij de zinkelektrode een
overschot aan positieve ionen. Voor de stroomlevering moet je de halfcellen verbinden
met een buisje of slangetje gevuld met een zoutoplossing of een gel met een opgelost
zout. Het buisje of de slang noem je een zoutbrug. Door een
zoutbrug ontstaat er een gesloten stroomkring van
elektronen in de stroomdraad en ionen door de zoutbrug.
In plaats van een zoutbrug kun je ook gebruikmaken van een
membraan, een poreuze wand die selectief ionen doorlaat.
Hierdoor kunnen bepaalde ionen uit de ene halfcel naar de
andere halfcel gaan en zo de stroomkring gesloten houden.
De halfcellen in een elektrochemische cel zijn met elkaar verbonden via een stroomdraad
en een zoutbrug of een membraan. Deze zorgen voor een gesloten stroomkring.
Bronspanning
Om te bepalen hoe een redoxreactie verloopt, bepaal je daarbij het verschil tussen de
standaardelektrodepotentiaal van de oxidator en die van de reductor, ΔV0. In een
daniellcel geldt: ΔV0 = V0 (Cu2+) – V0 (Zn) = 0,34 – (–0,76) = 1,10 V. Dit is gelijk aan de
spanning die de daniellcel onder standaardomstandigheden levert. Deze spanning
noem je de bronspanning.
De bronspanning van een elektrochemische cel is het verschil tussen de
standaardelektrodepotentiaal van de oxidator en die van de reductor.
§17.3 batterijen en brandstofcellen
Batterijen
Batterijen zijn toepassingen van elektrochemische cellen. Een veel
gebruikte batterij is de staafbatterij. Hierin is het zinken omhulsel de
reductor en dus de negatieve elektrode. De zinkionen die bij
stroomlevering ontstaan, verspreiden zich in het geleidende vulmiddel,
een pasta. Dit vulmiddel noem je ook wel een elektrolyt. Het zorgt net
§17.2 Elektrochemische cel
Stroom uit stoffen
Voor batterijen en accu’s gebruik je in de scheikunde de verzamelnaam
elektrochemische cellen. Hierin wordt chemische energie omgezet in elektrische
energie.
Bij elektrochemische energie kijk je naar redoxreacties op afstand. Dat wil zeggen dat er
2 reactievaten zijn, 1 waarin de reactie van de oxidator verloopt en 1 waarin de reactie
van de reductor verloopt. Deze 2 reactievaten, halfcellen genoemd, kun je verbinden
via stroomdraden en een zogenaamde zoutbrug. De elektronen die vrijkomen bij de
reactie van de reductor stromen via een stroomdraad naar de halfcel waar de reactie
van de oxidator plaatsvindt. Door het plaatsen van elektronische apparatuur in de
stroomdraad kun je nu gebruikmaken van de elektronenstroom.
Batterijen en accu’s zijn elektrochemische cellen, waarin een redoxreactie op afstand
plaatsvindt. De reductorreactie verloopt in de ene halfcel, de oxidatorreactie in de andere
halfcel. De elektronenstroom die ontstaat kun je gebruiken als energiebron.
Daniellcel
De eerste elektrochemische cel die een behoorlijke hoeveelheid stroom kon leveren,
was de daniellcel. De daniellcel kun je gebruiken om te bekijken hoe op microniveau de
stroomlevering verloopt. De ene halfcel bevat een zinkstaafje in een
zinksulfaatoplossing en de andere halfcel een koperstaafje in een
koper(II)sulfaatoplossing. De staafjes noem je elektrodes. Als je de elektrode in de ene
halfcel verbindt met de elektrode in de andere halfcel, dan reageert de sterkste
reductor, zink, met de sterkste oxidator, de koper(II)ionen. In elk van de halfcellen vindt
dan een halfreactie plaats:
- Bij de zinkelektrode: Zn (s) → Zn2+ + 2e–
- Bij de koperelektrode: Cu2+ + 2e– → Cu (s)
Als je de daniellcel lange tijd stroom laat leveren, vallen 3 dingen op:
1. De blauwe kleur van de Cu2+-oplossing wordt lichter (afname concentratie
koper(II)ionen)
2. De massa van de zinkelektrode neemt af (zinkatomen worden omgezet in zinkionen, die
in de oplossing gaan)
3. De massa van de koperelektrode neemt toe (neerslaan van koperatomen op de
koperelektrode)
, De elektrode waaraan de oxidator reageert, noem je de positieve elektrode, ook wel
pluspool. De elektrode in de halfcel met de reductor noem je de negatieve elektrode,
ook wel minpool. De elektronen gaan van de reductor naar de oxidator. Dus van de
negatieve (-) naar de positieve (+) elektrode. In de daniellcel is koper de positieve
elektrode en zink de negatieve elektrode.
Als de beide halfcellen in een elektrochemische cel alleen via een stroomdraad
verbonden zouden zijn, zou de cel geen stroom leveren. Als dat wel zou gebeuren, dan
zou er in de halfcel met de positieve elektrode een overschot aan negatieve ionen
ontstaan (Cu2+-ionen slaan immers neer op de elektrode) en bij de zinkelektrode een
overschot aan positieve ionen. Voor de stroomlevering moet je de halfcellen verbinden
met een buisje of slangetje gevuld met een zoutoplossing of een gel met een opgelost
zout. Het buisje of de slang noem je een zoutbrug. Door een
zoutbrug ontstaat er een gesloten stroomkring van
elektronen in de stroomdraad en ionen door de zoutbrug.
In plaats van een zoutbrug kun je ook gebruikmaken van een
membraan, een poreuze wand die selectief ionen doorlaat.
Hierdoor kunnen bepaalde ionen uit de ene halfcel naar de
andere halfcel gaan en zo de stroomkring gesloten houden.
De halfcellen in een elektrochemische cel zijn met elkaar verbonden via een stroomdraad
en een zoutbrug of een membraan. Deze zorgen voor een gesloten stroomkring.
Bronspanning
Om te bepalen hoe een redoxreactie verloopt, bepaal je daarbij het verschil tussen de
standaardelektrodepotentiaal van de oxidator en die van de reductor, ΔV0. In een
daniellcel geldt: ΔV0 = V0 (Cu2+) – V0 (Zn) = 0,34 – (–0,76) = 1,10 V. Dit is gelijk aan de
spanning die de daniellcel onder standaardomstandigheden levert. Deze spanning
noem je de bronspanning.
De bronspanning van een elektrochemische cel is het verschil tussen de
standaardelektrodepotentiaal van de oxidator en die van de reductor.
§17.3 batterijen en brandstofcellen
Batterijen
Batterijen zijn toepassingen van elektrochemische cellen. Een veel
gebruikte batterij is de staafbatterij. Hierin is het zinken omhulsel de
reductor en dus de negatieve elektrode. De zinkionen die bij
stroomlevering ontstaan, verspreiden zich in het geleidende vulmiddel,
een pasta. Dit vulmiddel noem je ook wel een elektrolyt. Het zorgt net
