Samenvatting Chemie: structuur en transformatie van de materie H5-H6-H7

CHEMIE: STRUCTUUR EN
TRANSFORMATIES VAN DE
MATERIE
Ingenieurswetenschappen: Architectuur (1Ba)
Ingenieurswetenschappen (1Ba)


HOOFDSTUK 5: ELEKTROCHEMIE
HOOFDSTUK 6: CHEMISCHE KINETIEK
HOOFDSTUK 7: FASENLEER




Zarah Van Schoor

VUB | 2016 – 2017 – 2018

,CHEMIE: STRUCTUUR EN
TRANSFORMATIES VAN DE
MATERIE

HOOFDSTUK 5: ELEKTROCHEMIE

Ingenieurswetenschappen: Architectuur (1Ba)
Ingenieurswetenschappen (1Ba)




Zarah Van Schoor

VUB | 2016

, Elektrochemie



Inhoud
Inhoud ..................................................................................................................................................................... 0

Vrije enthalpie, elektrische energie, elektrochemische cellen ............................................................................... 2

Batterijen – spontaan ............................................................................................................................................. 3

Corrosie................................................................................................................................................................. 10

Elektrolyse – niet spontaan .................................................................................................................................. 11

Referenties............................................................................................................................................................ 13




1

, Elektrochemie



Elektrochemie

Vrije enthalpie, elektrische energie, elektrochemische cellen
Spontaan verlopende redox reacties à hoogste vrije enthalpie (zeer negatieve ΔG waarden)
à vrije enthalpie omzetten in arbeid naar buitenwereld toe
Elektrochemie à chemie die gepaard gaat met elektrochemische cellen
Elektrochemische cel à Elektronenoverdracht van een redoxreactie kan gekoppeld worden
aan de omzetting van vrije enthalpie in elektrische energie, of
omgekeerd, door elektronenoverdracht te laten plaatsvinden in een
uitwendige stroomkring die gekoppeld is aan een chemisch systeem.
à Een elektrochemische cel bestaat uit een uitwendige elektrische
stroomkring en een chemisch bestanddeel dat één (of meerdere)
elektrolyt(en) houdende compartiment(en) moet bevatten.
à Ladingoverdracht in de uitwendige stroomkring door elektronen,
in de elektrolyten door ionen. Overgang gebeurt via elektroden in
elektrisch contact met beide.
Anode à elektrode waarop oxidatie plaatsvind
Kathode à elektrode waarop reductie plaatsvind1
• Batterijen (ook voltaïsche of galvanische cellen)
o Zet chemische energie (vrije enthalpie) om in elektrische energie
o Exoërgonische redox reactie (spontaan, ΔG < 0)
• Elektrolysecellen (ook accumulatoren)
o Zet elektrische energie om in chemische energie
o Endoërgonische redox reactie (niet spontaan, ΔG > 0)




1
Trucje: Oxidatie en Anode beginnen met klinkers, Reductie en Kathode met medeklinkers


2

, Elektrochemie


Batterijen – spontaan
Werking van een batterij
Voorwaarden:
1. Reductor en oxidator mogen niet in rechtstreeks fysisch contact staan met elkaar
Þ Twee redox paren apart laten voorkomen in twee aparte redox halfcellen
2. Elektronen overdracht moet doorheen een uitwendige stroomkring, van oxidatie
halfcel met anode (-) (elektronenbron) naar reductie halfcel met kathode (+)
(elektronenval)
3. Elektrische stroomkring moet gesloten zijn door een zoutbrug of poreuze
scheidingswand. Elektrolytcompartimenten moeten in elektrisch contact staan:
Þ Zoutbrug en de twee halfcellen moeten een steun elektrolyt bevatten
• Steunelektrolyt: zoutoplossing van voldoende hoge concentratie die
de elektrische geleidbaarheid tussen de elektrolytcompartimenten
verhoogt van de ene naar de andere elektrode. Is chemisch inert.
• Bv.: K2SO4, Na2SO4, KNO3, NaNO3
• Zorgt voor elektroneutraliteit binnen de kleinst mogelijke ruimte,
anders wordt elektronenafvoer uit de anode halfcel of
elektronentoevoer naar de kathode halfcel onmogelijk




3

, Elektrochemie


Bijvoorbeeld: koper-zinkcel (cel van Daniell)




Elektrolytcompartimenten bevatten naast Zn2+ en Cu2+ ook NO3-, afkomstig van in oplossing
gebrachte Zn(NO3)2 en Cu(NO3)2, alsook van de steunelektrolyt (NaNO3)
Elektronen vanuit zinkanode naar Elektronen vanuit uitwendige stroomkring
uitwendige stroomkring: naar kathode:
!"($) → !"!" (') + 2* # (+",-*) ./!" (') + 2* # (0+1ℎ,-*) → ./($)
Elektroneutraliteit: Elektroneutraliteit:
à Zn2+-ionen reageert met NO3—ionen à tekort aan positieve ladingen
afkomstig van zoutbrug gecompenseerd door Na+-ionen afkomstig
van zoutbrug
à ook elektroneutraliteit in zoutbrug
Eindige stroomsterkte à ontlading tot redox reactie chemische evenwichttoestand bereikt
Netto resultaat:
• Gewichttoename koperkathode • Gewichtafname zinkanode
• Daling concentratie Cu2+ in • Stijging concentratie Zn2+ in
elektrolyt kathodecompartiment elektrolyt anodecompartiment
• Daling concentratie steunelektrolyt in zoutbrug
• Elektronen stroom in uitwendige stroomkring
Anionenstroom in wijzerzin en kationenstroom in tegenwijzerzin in elektrolyt
(aangenomen dat de anode halfcel links weergegeven wordt)
Elektronenflux à van anode naar kathode, vergelijkbaar met waterval




4