การเชื่อมโยงเซลล์ไฟฟ้าเคมีกับเซลล์ไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ไม่เกิดขึ้นเองเกิดขึ้นเมื่อใส่พลังงานไฟฟ้าเข้าไป เซลล์ไฟฟ้าเคมีทำหน้าที่โดยใช้ปฏิกิริยารีดอกซ์สองตัวเพื่ออำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ดังนั้นสำหรับแบตเตอรี่อัลคาไลน์แอโนดสังกะสีจะออกซิไดซ์และปล่อยอิเล็กตรอนซึ่งจะไหลผ่านวงจรไปถึงแมงกานีส ($\ce{MnO2}$) แคโทดซึ่งจะลดลงทำให้อิเล็กตรอนไหลผ่านวงจรได้มากขึ้นโดยไม่มีการสะสมของประจุไฟฟ้า ฉันคิดว่าที่นี่ปฏิกิริยาทั้งสองเกิดขึ้นเองและการสะสมของอิเล็กตรอนในขั้วบวกจะป้องกันไม่ให้สังกะสีออกซิเดชั่นต่อไปเมื่อวงจรไม่สมบูรณ์$$\ce{Zn(s) + 2OH- (aq) \rightarrow ZnO(s) + H2O(l) +2e-} [E^\theta= 1.28V]$$ $$\ce{2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- \rightarrow Mn2O3(s) +2OH- (aq)}\ [E^\theta= 0.15V]$$
หากแบตเตอรี่อัลคาไลน์เชื่อมโยงกับเซลล์อิเล็กโทรไลต์มันจะไม่เหมือนกับเซลล์ไฟฟ้าเคมีสองเซลล์ที่ทำงานร่วมกัน? แอโนดสังกะสีจะเชื่อมโยงกับแคโทดของเซลล์อิเล็กโทรไลต์จากนั้นปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ตามมา (อาจ) เกิดขึ้นเอง ดังนั้น "พลังงานไฟฟ้า" ที่ใส่เข้าไปในเซลล์อิเล็กโทรไลต์จะเป็นพลังงานเคมีแทน?
นอกจากนี้ยังเห็นว่าไฟล์ $\ce{MnO2}$ แคโทดมีขนาดค่อนข้างเล็ก $E^\theta$ค่ามันไม่ยากที่จะทำให้เกิดออกซิเดชันของขั้วบวกอิเล็กโทรไลต์? เมื่อเชื่อมต่อกับเซลล์อิเล็กโทรไลต์ตอนนี้แคโทดและแอโนดของเซลล์ไฟฟ้าเคมีทำงานอย่างอิสระโดยสิ้นเชิงหรือไม่? หากเป็นเช่นนั้นไม่ควรพิจารณาแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ แต่จะใช้ศักย์ไฟฟ้าของขั้วบวกและแคโทดแทน แต่โดยปกติจะไม่เป็นเช่นนั้น ฉันเข้าใจผิดอะไรเกี่ยวกับเรื่องนี้?
แก้ไข: ฉันกำลังถามเกี่ยวกับกลไกเมื่อเซลล์ไฟฟ้าเคมีเชื่อมโยงกับเซลล์อิเล็กโทรไลต์ไม่ใช่เกี่ยวกับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์ไฟฟ้าเคมีดังนั้นคำถามที่แนะนำจึงไม่ตรงกับใบเรียกเก็บเงิน
แก้ไข 2: เพิ่มรูปภาพเพื่อแสดงข้อสงสัยของฉันได้ดีขึ้น หากเซลล์กัลวานิกเชื่อมโยงกับอิเล็กโทรไลต์ดังที่แสดงไว้ที่นี่ขั้วบวกกัลวานิกและแคโทดอิเล็กโทรไลต์จะเชื่อมโยงกันและดูเหมือนจะทำหน้าที่เป็นเซลล์ที่แยกจากกัน สิ่งเดียวกันอาจกล่าวได้เกี่ยวกับอีกสองขั้วไฟฟ้า หากเป็นกรณีนี้ขั้วบวกกัลวานิกและแคโทดต่างก็ไม่ทำหน้าที่เป็นอิสระจากกันดังนั้นจึงต้องพิจารณาศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดของเซลล์ครึ่งเซลล์แต่ละเซลล์หรือไม่? หากมีการเชื่อมโยงกันจริงอย่างไร?
คำตอบ
ดูเหมือนคุณจะผสมสองอย่างเข้าด้วยกัน คำชี้แจงที่สำคัญประการหนึ่งเกี่ยวกับ
นอกจากนี้ยังเห็นว่าแคโทด MnO2 มี E ที่ค่อนข้างเล็ก$^o$ค่ามันไม่ยากที่จะทำให้เกิดออกซิเดชันของขั้วบวกอิเล็กโทรไลต์? เมื่อเชื่อมต่อกับเซลล์อิเล็กโทรไลต์ตอนนี้แคโทดและแอโนดของเซลล์ไฟฟ้าเคมีทำงานอย่างอิสระโดยสิ้นเชิงหรือไม่?
ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่ระบุไว้ใช้ได้เฉพาะในสารละลายที่ค่อนข้างเจือจางภายใต้สภาวะที่เฉพาะเจาะจงมาก อย่าทาครึ่งเซลล์กับเซลล์แห้งหรือเซลล์อัลคาไลน์ กล่าวโดยสรุปตัวเลขเหล่านี้ไม่ได้มีความหมายสำหรับแบตเตอรี่อัลคาไลน์หรือเซลล์แห้งคาร์บอน - สังกะสี องค์ประกอบของเซลล์เชิงพาณิชย์เหล่านั้นเป็นเพียงส่วนผสมที่มีมนต์ขลังซึ่งเป็นศิลปะมากกว่าวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีแบตเตอรี่ไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย ลองคิดดูว่าทำไมแบตเตอรี่ถึงมีไม่กี่ประเภททั้งๆที่มีการวิจัยยาวนานถึง 300 ปี?
หากคุณพิจารณาเซลล์กัลวานิกเช่นแบตเตอรี่อัลคาไลน์ของคุณเป็นปั๊มน้ำธรรมดาความสับสนของคุณจะหมดไป หน้าที่เดียวของมันคือ "หมุนเวียน" อิเล็กตรอน เมื่อคุณเชื่อมต่อเซลล์กัลวานิกกับเซลล์อิเล็กโทรไลต์ขั้วบวกและแคโทดจะไม่ถูกพิจารณาว่าเป็นอิสระอีกต่อไป ถ้าเซลล์กัลวานิกสูบอิเล็กตรอนออกไปหนึ่งอิเล็กตรอนจะต้องเดินทางไปยังแคโทดแอโนดและวงจรภายนอกของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ในกระบวนการนั้นบางสิ่งในเซลล์อิเล็กโทรไลต์จะต้องสลายตัวทางเคมี!
สำหรับเซลล์อิเล็กโทรไลต์เซลล์กัลวานิกไม่ใช่อะไรอื่นนอกจากแหล่งพลังงาน
สำหรับเซลล์กัลวานิกเซลล์อิเล็กโทรไลต์ไม่ใช่อะไรอื่นนอกจากวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงาน
แอโนด / แคโทดของเซลล์กัลวานิกไม่ได้รวมตัวกับแคโทดของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ / แอโนดซึ่งเป็นเซลล์ที่แยกจากกันเนื่องจากไม่มีการไหลของไอออนิกระหว่างพวกเขา ในทำนองเดียวกันสำหรับกรณีที่ง่ายกว่านั้นครึ่งเซลล์ 2 เซลล์จะไม่สร้างเซลล์หากไม่มีการเชื่อมต่อไอออนิกระหว่างเซลล์เหล่านี้
เหตุผลนั้นง่ายมากโดยขึ้นอยู่กับข้อกำหนดความเป็นกลางของไฟฟ้าสถิตและแรงมหาศาลระหว่างประจุไฟฟ้าที่ไม่สมดุล ลองนึกภาพว่าคุณสามารถดันกระแส 1 A เป็นเวลา 20 วินาทีผ่านสายไฟโดยไม่สมดุลด้วยการเคลื่อนที่แบบไอออนิก ประจุไฟฟ้าที่ไม่สมดุลที่เทียบเคียงกันทำให้เกิดฟ้าผ่าในชั้นบรรยากาศยาวหลายกิโลเมตร