Электрохимия

|
Электрохимия — это раздел химии, в котором рассматриваются системы при протекании через них электрического тока (упорядоченного движения заряженных частиц, которые могут встречаться в веществе), исследуются процессы в проводниках, на электродах (из металлов или полупроводников, включая графит) и в ионных проводниках (электролитах). В металлах за возникновение тока отвечают электроны, которые как бы «мигрируют» от одного атома металла к другому в металлической решетке.
В растворах ток возникает за счет движения как положительно, так и отрицательно заряженных частиц (катионов (+) и анионов (-)). Так, дистиллированная вода плохо проводит ток, поскольку в ней практически отсутствуют заряженные частицы, но если сделать так, чтобы в растворе эти частицы появились (например, растворить в воде поваренную соль NaCl, которая диссоциирует на катионы Na+ и Cl-), то ток будет проводиться данной системой гораздо лучше.

Металлическая решетка
Электролизом называется окислительно-восстановительный процесс (процесс, связанный с передачей электронов), который происходит при пропускании электрического тока через раствор или расплав какого-либо вещества
Упорядоченное движение ионов (заряженных частиц) в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединенными с полюсами источника электрической энергии.
Катодом при электролизе называется отрицательный электрод
Анодом называется положительный электрод
Положительные ионы — катионы (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду
Несмотря на простоту практического осуществления, записать уравнения химических реакций, протекающих при электролизе водных растворов, труднее, чем в случае электролиза расплавов. Объясняется это тем, что при электролизе водных растворов в реакции могут участвовать не только ионы электролита, но и молекулы воды.
При электролизе водного раствора соли или щелочи на катоде в зависимости от активности восстанавливающегося металла возможны следующие реакции:
Восстановление катионов металла:

Восстановление водорода из воды:

Легче всего восстанавливаются наименее активные металлы, расположенные в ряду активности правее водорода. Наиболее активные металлы являются сильными восстановителями, поэтому обратный процесс — восстановление активных металлов из соединений — осуществить сложно. В связи с этим при электролизе водных растворов солей активных металлов на катоде протекает восстановление не катионов этих металлов, а воды с образованием водорода.
Для металлов со средней химической активностью, расположенных в ряду активности после алюминия, на катоде происходят одновременно две реакции: образование водорода и выделение металла
При электролизе водного раствора соли или щелочи на аноде в зависимости от природы аниона возможны следующие реакции:
Окисление анионов, образующихся при диссоциации соли:

Окисление воды:

Электрохимия создала электрохимические источники тока: батарейки и аккумуляторы. Принцип действия аккумулятора основан на обратимости химической реакции. Электрохимические аккумуляторы (ЭХА) в процессе заряда преобразуют электрическую энергию в химическую, а в процессе разряда — химическую энергию в электрическую.
Основу электрохимических источников тока составляют два электрода (анод, содержащий окислитель, и катод, содержащий восстановитель), контактирующих с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции.
Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно разделенных процессов: на катоде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят, создавая разрядный ток, по внешней цепи к аноду, где они участвуют в реакции восстановления окислителя.

Наиболее перспективными для энергетики являются натриевые, литиевые и воздушноцинковые аккумуляторы.
Дополнительные материалы
Ролик на YouTube от MEL Chemistry.
«Электрохимия. Учебное пособие», Дамаскин, Петрий, Цирлина.
Ролик на YouTube от MEL Chemistry.
Статья про электрохимию на «Википедии».
Статья про электрохимические батареи.
Благодарим за предоставленное для съемок оборудование MEL Science
Присоединяйтесь к чату химиков в Telegram!
Для школьников 5−9 классов и их родителей
Химия вокруг нас
В этом курсе автор расскажет вам о базовых принципах химии, используя вещества, с которыми мы сталкиваемся ежедневно: еду, соки, моющие средства, разные виды пластика. После каждой лекции нужно будет выполнить небольшое практическое задание, реактивы для которого вы сможете найти у себя дома или в ближайшем магазине.
20 уроков с заданиями
Авторская подача: просто, понятно и c юмором
Свободное расписание: нет дедлайнов и сроков сдачи заданий
Все материалы доступны сразу, можно начать обучение в удобное время
Практические задания после каждого урока
Профессиональное видео и современная графика
Быстрая связь с техподдержкой и чат с автором
Сертификат о прохождении курса
Зачем
Научиться печь шарлотку, используя реакцию Майяра
Развить внимание, воображение и научное мышление
Расширить кругозор и задуматься о природе вещей
Что вы получите
Запишитесь на курс, чтобы общаться в чате с преподавателем, выполнять задания и получить сертификат. Вы получите доступ немедленно. Это бесплатно.
Новинка. Курс создан в 2021 г.
Узнать о бережном отношении к природе и экологии
Увидеть другой подход к преподаванию
«Пожалуйста, поделитесь вашими впечатлениями о курсе „Химия вокруг нас“. Это поможет нам в дальнейшей работе. Ругать или хвалить можно через чат-бота. Чтобы его запустить, выберите удобный вам мессенджер»
Facebook
Telegram
VK
Viber
Работает с мобильного
Работает с мобильного
Денис Байгозин, автор курса
Находясь на сайте, вы даете согласие на обработку файлов cookie. Это необходимо для более стабильной работы сайта
Понятно
Close