Bir elektrokimyasal hücrenin bir elektrolitik hücreye bağlanması
Elektroliz, içine elektrik enerjisi konulduğunda kendiliğinden olmayan bir redoks reaksiyonu meydana geldiğinde meydana gelir. Elektrokimyasal bir hücre, elektronların hareketini kolaylaştırmak için iki redoks reaksiyonu kullanarak işlev görür. Yani bir alkalin pil için, çinko anot oksitlenecek ve elektronları serbest bırakacak ve manganeze ulaşmak için devre boyunca akacaktır ($\ce{MnO2}$) indirgenecek olan katot, elektrik yükü birikimi olmadan devreden daha fazla elektronun akmasına izin verir. Burada her iki reaksiyonun da kendiliğinden olduğunu ve anotta elektron birikiminin devre tamamlanmadığında daha fazla çinko oksidasyonunu önlediğini varsayıyorum.$$\ce{Zn(s) + 2OH- (aq) \rightarrow ZnO(s) + H2O(l) +2e-} [E^\theta= 1.28V]$$ $$\ce{2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- \rightarrow Mn2O3(s) +2OH- (aq)}\ [E^\theta= 0.15V]$$
Alkalin pil bir elektrolitik hücreye bağlıysa, birbiriyle birlikte çalışan iki elektrokimyasal hücre gibi olmayacak mı? Çinko anot, elektrolitik hücrenin katoduna bağlanacak ve ardından ortaya çıkan redoks reaksiyonu (muhtemelen) kendiliğinden olacaktır. Yani elektrolitik hücreye konulan "elektrik enerjisi" kimyasal enerji mi olacak?
Ayrıca, $\ce{MnO2}$ katot nispeten küçük $E^\theta$değer, elektrolitik anodun oksidasyonunu tetiklemek zor olmayacak mı? Elektrolitik hücreye bağlandığında, elektrokimyasal hücrenin katodu ve anodu artık tamamen bağımsız mı çalışıyor? Durum buysa, pilin voltajı dikkate alınmamalı, bunun yerine anot ve katodun elektrot potansiyelleri dikkate alınmalıdır, ancak bu genellikle böyle değildir. Bununla ilgili neyi yanlış anlıyorum?
düzenleme: Bir elektrokimyasal hücrenin bir elektrolitik hücreye bağlı olduğu mekanizmayı soruyorum, elektrokimyasal hücrenin kendisinde gerçekleşen reaksiyonlarla ilgili değil, bu nedenle önerilen soru tasarıya tam olarak uymuyor.
düzenleme 2: Şüphelerimi daha iyi göstermek için bir resim eklendi. Galvanik hücre burada gösterildiği gibi bir elektrolitik hücreye bağlanırsa, galvanik anot ve elektrolitik katot bağlanır ve görünüşte ayrı bir hücre gibi davranır. Diğer iki elektrot için de aynı şey söylenebilir. Durum böyleyse, galvanik anot ve katot birbirinden bağımsız hareket etmiyor mu ve bu nedenle tek tek yarım hücrenin elektrot potansiyeli dikkate alınmalıdır? Gerçekten bağlantılılarsa, nasıl?
Yanıtlar
Birkaç şeyi karıştırıyor gibisin. İle ilgili önemli bir açıklama
Ayrıca, MnO2 katotunun nispeten küçük bir E'ye sahip olduğunu görünce$^o$değer, elektrolitik anodun oksidasyonunu tetiklemek zor olmayacak mı? Elektrolitik hücreye bağlandığında, elektrokimyasal hücrenin katodu ve anodu artık tamamen bağımsız mı çalışıyor?
Listelenen elektrot potansiyelleri yalnızca çok özel koşullar altında nispeten seyreltik solüsyonlarda geçerlidir. Yarım hücreleri kuru bir hücreye veya alkali bir hücreye uygulamayın. Kısacası, bu sayılar bir alkalin pil veya karbon-çinko kuru pil için anlamlı değildir. Bu ticari hücre kompozisyonları, bilimden çok sanat olan sihirli bir karışımdır. Pil teknolojisi o kadar da önemsiz değil. 300 yıllık araştırmalara rağmen neden pek çok pil türü olmadığını bir düşünün.
Alkalin piliniz gibi bir galvanik hücreyi basit bir su pompası olarak düşünürseniz, o zaman birçok kafa karışıklığınız ortadan kalkacaktır. Tek işi elektronları "dolaştırmak" tır. Bir galvanik hücreyi bir elektrolitik hücreye bağladığınızda, anot ve katotlar artık bağımsız kabul edilemez. Galvanik hücre bir elektron pompalarsa, elektronun katodu, anodu ve elektrolitik hücrenin dış devresini dolaşması gerekir. Bu süreçte, elektrolitik hücredeki bir şeyin kimyasal olarak ayrışması gerekir!
Bir elektrolitik hücre için, bir galvanik hücre bir güç kaynağından başka bir şey değildir.
Galvanik bir hücre için, bir elektrolitik hücre, elektrikli bir elektronik devreden başka bir şey değildir.
Galvanik hücre anodu / katodu, aralarında iyonik akış olmadığından elektrolitik hücre katodu / anot ile ayrı bir hücre oluşturmaz. Benzer şekilde, daha basit bir durumda, 2 yarım hücre, aralarında iyonik bağlantı yoksa bir hücre oluşturmaz.
Bunun nedeni basittir, elektrostatik nötrlük gereksinimi ve dengesiz yükler arasındaki muazzam kuvvetlere dayanır. İyonik hareketle dengelenmeden 1 A akımını 20 s boyunca tel boyunca itmeyi başardığınızı hayal edin. Karşılaştırılabilir dengesiz yük, atmosferde birkaç kilometre uzunluğunda bir yıldırıma neden olur.