Połączenie ogniwa elektrochemicznego z ogniwem elektrolitycznym
Elektroliza zachodzi, gdy następuje niespontaniczna reakcja redoks, gdy zostanie do niej doprowadzona energia elektryczna. Komórka elektrochemiczna działa, wykorzystując dwie reakcje redoks w celu ułatwienia ruchu elektronów. Tak więc w przypadku baterii alkalicznej anoda cynkowa utlenia się i uwolni elektrony, które przepłyną przez obwód, aby dotrzeć do manganu ($\ce{MnO2}$) katoda, która zostanie zredukowana, umożliwiając przepływ większej ilości elektronów przez obwód bez gromadzenia się ładunku elektrycznego. Zakładam tutaj, że obie reakcje są spontaniczne, a nagromadzenie elektronów w anodzie zapobiega dalszemu utlenianiu cynku, gdy obwód jest niekompletny.$$\ce{Zn(s) + 2OH- (aq) \rightarrow ZnO(s) + H2O(l) +2e-} [E^\theta= 1.28V]$$ $$\ce{2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- \rightarrow Mn2O3(s) +2OH- (aq)}\ [E^\theta= 0.15V]$$
Jeśli bateria alkaliczna jest połączona z ogniwem elektrolitycznym, czy nie będzie to po prostu jak dwa ogniwa elektrochemiczne współpracujące ze sobą? Anoda cynkowa zostanie połączona z katodą ogniwa elektrolitycznego, a następnie wynikająca z tego reakcja redoks (prawdopodobnie) będzie spontaniczna. Czyli „energia elektryczna” włożona do ogniwa elektrolitycznego będzie zamiast tego energią chemiczną?
Ponadto, widząc, że $\ce{MnO2}$ katoda ma stosunkowo małą $E^\theta$wartości, czy nie będzie trudno wywołać utlenianie anody elektrolitycznej? Czy po podłączeniu do ogniwa elektrolitycznego katoda i anoda ogniwa elektrochemicznego działają teraz całkowicie niezależnie? W takim przypadku nie należy brać pod uwagę napięcia baterii, ale potencjały elektrod anody i katody, ale zwykle tak nie jest. Co ja nie rozumiem w tej sprawie?
edytuj: Pytam o mechanizm, w którym ogniwo elektrochemiczne jest połączone z ogniwem elektrolitycznym, a nie o reakcje zachodzące w samym ogniwie elektrochemicznym, więc sugerowane pytanie nie do końca pasuje do rachunku.
edycja 2: Dodano zdjęcie, aby lepiej pokazać moje wątpliwości. Jeśli ogniwo galwaniczne jest połączone z elektrolitycznym, jak pokazano tutaj, anoda galwaniczna i katoda elektrolityczna są połączone i pozornie działają jako oddzielne ogniwo. To samo można powiedzieć o pozostałych dwóch elektrodach. Jeśli tak jest, to czy anoda galwaniczna i katoda nie działają niezależnie od siebie, a zatem należy wziąć pod uwagę potencjał elektrody poszczególnych półogniw? Jeśli są rzeczywiście połączone, w jaki sposób?
Odpowiedzi
Wydaje się, że mieszasz kilka rzeczy. Jedno ważne wyjaśnienie dotyczące
Ponadto, widząc, że katoda MnO2 ma stosunkowo małe E$^o$wartości, czy nie będzie trudno wywołać utlenianie anody elektrolitycznej? Czy po podłączeniu do ogniwa elektrolitycznego katoda i anoda ogniwa elektrochemicznego działają teraz całkowicie niezależnie?
Wymienione potencjały elektrod są ważne tylko w stosunkowo rozcieńczonych roztworach w bardzo specyficznych warunkach. Nie nakładaj półogniw na ogniwo suche lub zasadowe. Krótko mówiąc, liczby te nie mają znaczenia dla baterii alkalicznej lub suchego ogniwa węglowo-cynkowego. Te komercyjne kompozycje komórek to po prostu magiczna mieszanka, która jest bardziej sztuką niż nauką. Technologia baterii nie jest taka trywialna. Pomyśl, dlaczego mimo 300 lat badań nie ma wielu typów baterii?
Jeśli potraktujesz ogniwo galwaniczne, takie jak bateria alkaliczna, jako zwykłą pompę wodną, wiele nieporozumień zniknie. Jego jedynym zadaniem jest „cyrkulacja” elektronów. Po podłączeniu ogniwa galwanicznego do ogniwa elektrolitycznego anody i katody nie można już uważać za niezależne. Jeśli ogniwo galwaniczne wypompowuje jeden elektron, elektron musi przejść przez katodę, anodę i obwód zewnętrzny ogniwa elektrolitycznego. W tym procesie coś w elektrolizerze musi ulec rozkładowi chemicznemu!
Dla ogniwa elektrolitycznego ogniwo galwaniczne to nic innego jak źródło zasilania.
W przypadku ogniwa galwanicznego ogniwo elektrolityczne to nic innego jak zasilany obwód elektroniczny.
Anoda / katoda ogniwa galwanicznego nie tworzy z katodą / anodą ogniwa elektrolitycznego odpowiedniego oddzielnego ogniwa, ponieważ nie ma między nimi przepływu jonowego. Podobnie w prostszym przypadku, 2 półogniwa nie tworzą komórki, jeśli nie ma między nimi połączenia jonowego.
Przyczyna tego jest prosta, oparta na wymogu neutralności elektrostatycznej i ogromnych siłach między niezrównoważonymi ładunkami. Wyobraź sobie, że udało Ci się przepchnąć prąd 1 A przez 20 sekund przez przewód, bez równoważenia ruchem jonowym. Porównywalny niezrównoważony ładunek powoduje w atmosferze błyskawicę o długości kilku kilometrów.