Collegamento di una cella elettrochimica a una cella elettrolitica
L'elettrolisi si verifica quando si verifica una reazione redox non spontanea quando viene immessa energia elettrica. Una cella elettrochimica funziona utilizzando due reazioni redox per facilitare il movimento degli elettroni. Quindi per una batteria alcalina, l'anodo di zinco si ossiderà e rilascerà elettroni, che fluiranno attraverso il circuito per raggiungere il manganese ($\ce{MnO2}$) catodo, che sarà ridotto, consentendo a più elettroni di fluire attraverso il circuito senza accumulo di carica elettrica. Presumo qui che entrambe le reazioni siano spontanee e l'accumulo di elettroni nell'anodo impedisce un'ulteriore ossidazione dello zinco quando il circuito è incompleto.$$\ce{Zn(s) + 2OH- (aq) \rightarrow ZnO(s) + H2O(l) +2e-} [E^\theta= 1.28V]$$ $$\ce{2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- \rightarrow Mn2O3(s) +2OH- (aq)}\ [E^\theta= 0.15V]$$
Se la batteria alcalina è collegata a una cella elettrolitica, non sarà come se due celle elettrochimiche lavorassero insieme? L'anodo di zinco sarà collegato al catodo della cella elettrolitica, quindi la conseguente reazione redox sarà (probabilmente) spontanea. Quindi l '"energia elettrica" immessa nella cella elettrolitica sarà invece energia chimica?
Inoltre, visto che il file $\ce{MnO2}$ ha un catodo relativamente piccolo $E^\theta$valore, non sarà difficile innescare l'ossidazione dell'anodo elettrolitico? Quando sono collegati alla cella elettrolitica, il catodo e l'anodo della cella elettrochimica ora funzionano in modo totalmente indipendente? In tal caso, non si dovrebbe considerare la tensione della batteria, ma i potenziali dell'elettrodo dell'anodo e del catodo, ma di solito non è così. Cosa sto fraintendendo su questo?
modifica: sto chiedendo del meccanismo quando una cella elettrochimica è collegata a una cella elettrolitica, non delle reazioni che avvengono nella cella elettrochimica stessa, quindi la domanda suggerita non si adatta perfettamente al conto.
modifica 2: aggiunta una foto per mostrare meglio i miei dubbi. Se la cella galvanica è collegata a una elettrolitica come mostrato qui, l'anodo galvanico e il catodo elettrolitico sono collegati e apparentemente agiscono come una cella separata. La stessa cosa si può dire degli altri due elettrodi. In tal caso, anodo galvanico e catodo non agiscono indipendentemente l'uno dall'altro e quindi va considerato il potenziale dell'elettrodo della singola semicella? Se sono effettivamente collegati, come?
Risposte
Sembra che tu stia mescolando un paio di cose. Un importante chiarimento in merito
Inoltre, visto che il catodo MnO2 ha una E relativamente piccola$^o$valore, non sarà difficile innescare l'ossidazione dell'anodo elettrolitico? Quando sono collegati alla cella elettrolitica, il catodo e l'anodo della cella elettrochimica ora funzionano in modo totalmente indipendente?
I potenziali degli elettrodi elencati sono validi solo in soluzioni relativamente diluite in condizioni molto specifiche. Non applicare le mezze celle su una cella secca o una cella alcalina. In breve, questi numeri non sono significativi per una batteria alcalina o una pila a secco carbonio-zinco. Quelle composizioni cellulari commerciali sono solo una miscela magica, che è più arte che scienza. La tecnologia delle batterie non è così banale. Pensa perché non ci sono molti tipi di batterie nonostante 300 anni di ricerca?
Se consideri una cella galvanica come la tua batteria alcalina come una semplice pompa dell'acqua, molte delle tue confusioni andranno via. Il suo unico compito è "far circolare" gli elettroni. Quando si collega una cella galvanica a una cella elettrolitica, l'anodo e i catodi non possono più essere considerati indipendenti. Se la cella galvanica pompa un elettrone, l'elettrone deve percorrere il catodo, l'anodo e il circuito esterno della cella elettrolitica. In quel processo, qualcosa nella cella elettrolitica deve decomporsi chimicamente!
Per una cella elettrolitica, una cella galvanica non è altro che una fonte di alimentazione.
Per una cella galvanica, una cella elettrolitica non è altro che un circuito elettronico alimentato.
L'anodo / catodo della cella galvanica non forma con il catodo / anodo della cella elettrolitica una rispettiva cella separata, poiché non vi è flusso ionico tra di loro. Allo stesso modo per un caso più semplice, 2 mezze celle non formano una cella se non c'è connessione ionica tra di loro.
Il motivo è semplice, basato sul requisito di neutralità elettrostatica e forze enormi tra cariche sbilanciate. Immagina di essere riuscito a spingere la corrente di 1 A per 20 s attraverso il filo, senza essere bilanciato dal movimento ionico. La paragonabile carica sbilanciata provoca nell'atmosfera un fulmine lungo diversi chilometri.