SAMENVATTING SCHEIKUNDE HOOFDSTUK 18
§18.1: Elektrochemische cel
Voor batterijen en accu’s gebruik je elektrochemische cellen. Deze cellen zetten
via redoxreacties chemische energie om in elektrische energie. De reductor draag
rechtstreeks elektronen over aan de oxidator. Bij elektrochemische cellen maken de
oxidator en reductor geen rechtstreeks contact. Er zijn twee reactievaten, één
waarin de reactie van de oxidator verloopt en één waarin de reactie van de reductor
verloopt. Deze twee reactievaten (= halfcellen) kun je verbinden via stroomdraden
en een zoutbrug. Door het plaatsen van elektronische apparatuur in de
stroomdraad kun je gebruikmaken van de elektronenstroom. De reductor reageert
aan de elektrode, waardoor er elektronen vrijkomen. De elektrode krijgt daardoor
een negatieve lading (= negatieve elektrode of minpool). De oxidator neemt de
elektronen op, waardoor de elektrode een positieve lading krijgt (= positieve
elektrode of pluspool). Zonder zoutbrug zou er geen stroom lopen, omdat de
stroomkring dan niet gesloten is. In de zoutbrug zit een zout opgelost (=
elektrolyt). De ionen van de elektrolyt zorgen voor de stroomgeleiding. De
positieve ionen bewegen in tegengestelde richting als de negatieve ionen. Doordat
de oxidator elektronen opneemt, ontstaat er een overschot aan negatieve lading in
de halfcel, terwijl in de halfcel waar de reductor reageert een tekort aan negatieve
lading ontstaat. Omdat oplossingen evenveel positieve als negatieve lading moeten
bevatten, gaan er dus positieve ionen uit de zoutbrug in de richting van de
oxidatorhalfcel en negatieve ionen in de richting van de reductorhalfcel. Het
membraan laat selectief deeltjes door, waardoor stroomgeleiding mogelijk is en
oxidator en reductor toch geen rechtstreeks contact hebben.
De bronspanning van een elektrochemische cel is het verschil tussen de
standaardelektrodepotentiaal van de oxidator en die van de reductor. Om
elektrische apparaten te laten werken moet het verschil voldoende groot zijn.
∆V0 = V0 oxidator – V0 reductor
§18.2: Batterij en brandstofcel
Bij het opladen van een batterij verlopen reacties van de stroomlevering in
omgekeerde richting. Daarom moeten bij oplaadbare batterijen de reactieproducten
tijdens de stroomlevering bij de elektroden blijven. Om een batterij op te laden,
verbind je haar met een externe spanningsbron. Je zorgt ervoor dat de spanning
van deze bron groter is dan de spanning van de batterij, waardoor de reacties in de
batterij in omgekeerde richting gaan verlopen. Elektrolyse is een reactie onder
invloed van elektrische stroom. Bij een oplaadbare batterij blijven de stoffen die bij
de stroomlevering worden gevormd bij de elektrode. Een brandstofcel is een
elektrochemische cel waar in de ene halfcel continu zuurstof wordt gevoerd
(oxidator) en in de andere halfcel een brandstof (reductor).
§18.3: Accu’s en duurzaamheid
De energiedichtheid is de hoeveelheid energie per kilogram of per liter van een
energiedrager of -bron. Voor groot volume is niet altijd plaats en een grotere massa
zorgt ervoor dat extra energie nodig is om die massa te verplaatsen. Fossiele
brandstoffen zijn energiebronnen met een grote energiedichtheid, maar ze vormen
door de CO2-uitstoot een probleem. Daarnaast is de voorraad eindig. Alternatieve
energiebronnen leveren elektriciteit die kan worden opgeslagen in accu’s (= de
energiedragers). De kwaliteit van de energie is het nuttige deel van de energie.
Hoe hoger het rendement van de energieomzetting, des te groter is de kwaliteit. Bij
energieomzettingen vermindert de kwaliteit van de energie. Chemische reacties
verlopen bij lage temperatuur met een lager rendement. Bij de keuze van een
§18.1: Elektrochemische cel
Voor batterijen en accu’s gebruik je elektrochemische cellen. Deze cellen zetten
via redoxreacties chemische energie om in elektrische energie. De reductor draag
rechtstreeks elektronen over aan de oxidator. Bij elektrochemische cellen maken de
oxidator en reductor geen rechtstreeks contact. Er zijn twee reactievaten, één
waarin de reactie van de oxidator verloopt en één waarin de reactie van de reductor
verloopt. Deze twee reactievaten (= halfcellen) kun je verbinden via stroomdraden
en een zoutbrug. Door het plaatsen van elektronische apparatuur in de
stroomdraad kun je gebruikmaken van de elektronenstroom. De reductor reageert
aan de elektrode, waardoor er elektronen vrijkomen. De elektrode krijgt daardoor
een negatieve lading (= negatieve elektrode of minpool). De oxidator neemt de
elektronen op, waardoor de elektrode een positieve lading krijgt (= positieve
elektrode of pluspool). Zonder zoutbrug zou er geen stroom lopen, omdat de
stroomkring dan niet gesloten is. In de zoutbrug zit een zout opgelost (=
elektrolyt). De ionen van de elektrolyt zorgen voor de stroomgeleiding. De
positieve ionen bewegen in tegengestelde richting als de negatieve ionen. Doordat
de oxidator elektronen opneemt, ontstaat er een overschot aan negatieve lading in
de halfcel, terwijl in de halfcel waar de reductor reageert een tekort aan negatieve
lading ontstaat. Omdat oplossingen evenveel positieve als negatieve lading moeten
bevatten, gaan er dus positieve ionen uit de zoutbrug in de richting van de
oxidatorhalfcel en negatieve ionen in de richting van de reductorhalfcel. Het
membraan laat selectief deeltjes door, waardoor stroomgeleiding mogelijk is en
oxidator en reductor toch geen rechtstreeks contact hebben.
De bronspanning van een elektrochemische cel is het verschil tussen de
standaardelektrodepotentiaal van de oxidator en die van de reductor. Om
elektrische apparaten te laten werken moet het verschil voldoende groot zijn.
∆V0 = V0 oxidator – V0 reductor
§18.2: Batterij en brandstofcel
Bij het opladen van een batterij verlopen reacties van de stroomlevering in
omgekeerde richting. Daarom moeten bij oplaadbare batterijen de reactieproducten
tijdens de stroomlevering bij de elektroden blijven. Om een batterij op te laden,
verbind je haar met een externe spanningsbron. Je zorgt ervoor dat de spanning
van deze bron groter is dan de spanning van de batterij, waardoor de reacties in de
batterij in omgekeerde richting gaan verlopen. Elektrolyse is een reactie onder
invloed van elektrische stroom. Bij een oplaadbare batterij blijven de stoffen die bij
de stroomlevering worden gevormd bij de elektrode. Een brandstofcel is een
elektrochemische cel waar in de ene halfcel continu zuurstof wordt gevoerd
(oxidator) en in de andere halfcel een brandstof (reductor).
§18.3: Accu’s en duurzaamheid
De energiedichtheid is de hoeveelheid energie per kilogram of per liter van een
energiedrager of -bron. Voor groot volume is niet altijd plaats en een grotere massa
zorgt ervoor dat extra energie nodig is om die massa te verplaatsen. Fossiele
brandstoffen zijn energiebronnen met een grote energiedichtheid, maar ze vormen
door de CO2-uitstoot een probleem. Daarnaast is de voorraad eindig. Alternatieve
energiebronnen leveren elektriciteit die kan worden opgeslagen in accu’s (= de
energiedragers). De kwaliteit van de energie is het nuttige deel van de energie.
Hoe hoger het rendement van de energieomzetting, des te groter is de kwaliteit. Bij
energieomzettingen vermindert de kwaliteit van de energie. Chemische reacties
verlopen bij lage temperatuur met een lager rendement. Bij de keuze van een
