Menghubungkan sel elektrokimia ke sel elektrolitik
Elektrolisis terjadi ketika reaksi redoks non-spontan terjadi ketika energi listrik dimasukkan ke dalamnya. Fungsi sel elektrokimia dengan menggunakan dua reaksi redoks untuk memfasilitasi pergerakan elektron. Jadi untuk baterai alkaline, zinc anode akan mengoksidasi dan melepaskan elektron, yang akan mengalir melalui rangkaian untuk mencapai mangan ($\ce{MnO2}$) katoda, yang akan berkurang, memungkinkan lebih banyak elektron mengalir melalui rangkaian tanpa penumpukan muatan listrik. Saya berasumsi di sini bahwa kedua reaksi itu spontan, dan penumpukan elektron di anoda mencegah oksidasi seng lebih lanjut ketika rangkaian tidak lengkap.$$\ce{Zn(s) + 2OH- (aq) \rightarrow ZnO(s) + H2O(l) +2e-} [E^\theta= 1.28V]$$ $$\ce{2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- \rightarrow Mn2O3(s) +2OH- (aq)}\ [E^\theta= 0.15V]$$
Jika baterai alkaline dihubungkan dengan sel elektrolitik, bukankah itu hanya seperti dua sel elektrokimia yang bekerja sama satu sama lain? Anoda seng akan dihubungkan ke katoda sel elektrolitik, dan kemudian reaksi redoks berikutnya (kemungkinan) akan terjadi secara spontan. Jadi "energi listrik" yang dimasukkan ke dalam sel elektrolitik akan menjadi energi kimia?
Juga, melihat bahwa $\ce{MnO2}$ katoda memiliki ukuran yang relatif kecil $E^\theta$nilai, bukankah sulit untuk memicu oksidasi anoda elektrolitik? Ketika terhubung ke sel elektrolitik, apakah katoda dan anoda dari sel elektrokimia sekarang bekerja sepenuhnya secara independen? Jika demikian, tegangan baterai tidak boleh diperhitungkan, melainkan potensi elektroda anoda dan katoda, tetapi biasanya tidak demikian. Apa kesalahpahaman saya tentang ini?
sunting: Saya bertanya tentang mekanisme ketika sel elektrokimia dihubungkan ke sel elektrolitik, bukan tentang reaksi yang terjadi di sel elektrokimia itu sendiri, jadi pertanyaan yang disarankan tidak cukup sesuai dengan tagihan.
edit 2: Menambahkan gambar untuk menunjukkan keraguan saya dengan lebih baik. Jika sel galvanik dihubungkan ke elektrolitik seperti yang ditunjukkan di sini, anoda galvanik dan katoda elektrolitik dihubungkan dan tampaknya bertindak sebagai sel yang terpisah. Hal yang sama dapat dikatakan tentang dua elektroda lainnya. Jika ini masalahnya, bukankah anoda dan katoda galvanik masing-masing bekerja secara independen satu sama lain, dan oleh karena itu potensial elektroda setengah sel individu harus dipertimbangkan? Jika mereka benar-benar terkait, bagaimana caranya?
Jawaban
Anda tampaknya mencampurkan beberapa hal. Satu klarifikasi penting tentang
Selain itu, melihat bahwa katoda MnO2 memiliki nilai E yang relatif kecil$^o$nilai, bukankah sulit untuk memicu oksidasi anoda elektrolitik? Ketika terhubung ke sel elektrolitik, apakah katoda dan anoda dari sel elektrokimia sekarang bekerja sepenuhnya secara independen?
Potensial elektroda yang terdaftar hanya valid dalam larutan yang relatif encer pada kondisi yang sangat spesifik. Jangan gunakan setengah sel pada sel kering atau sel alkali. Singkatnya, angka-angka itu tidak berarti untuk baterai alkaline atau sel kering karbon-seng. Komposisi sel komersial itu hanyalah campuran magis, yang lebih merupakan seni daripada sains. Teknologi baterai tidaklah sepele. Pikirkan mengapa tidak ada banyak jenis baterai meskipun telah dilakukan penelitian selama 300 tahun?
Jika Anda menganggap sel galvanik seperti baterai alkaline Anda sebagai pompa air sederhana, maka banyak kebingungan Anda akan hilang. Tugas satu-satunya adalah "mengedarkan" elektron. Saat Anda menghubungkan sel galvanik ke sel elektrolitik, anoda dan katoda tidak dapat lagi dianggap independen. Jika sel galvanik memompa satu elektron, elektron harus melalui katoda, anoda dan sirkuit eksternal dari sel elektrolitik. Dalam proses itu, sesuatu di dalam sel elektrolitik harus terurai secara kimiawi!
Untuk sel elektrolitik, sel galvanik tidak lain adalah sumber tenaga.
Untuk sel galvanik, sel elektrolitik tidak lain adalah sirkuit elektronik bertenaga.
Anoda / katoda sel galvanik tidak terbentuk dengan katoda / anoda sel elektrolitik sebagai sel yang terpisah, karena tidak ada aliran ionik di antara keduanya. Demikian pula untuk kasus yang lebih sederhana, 2 setengah sel tidak membentuk sel jika tidak ada hubungan ionik di antara keduanya.
Alasannya sederhana, berdasarkan persyaratan netralitas elektrostatis dan gaya yang sangat besar antara muatan yang tidak seimbang. Bayangkan Anda berhasil mendorong arus 1 A selama 20 detik melalui kabel, tanpa diimbangi oleh gerakan ionik. Muatan tidak seimbang yang sebanding menyebabkan petir di atmosfer sepanjang beberapa kilometer.