Hoofdstuk 5: elektrochemie
Inleiding
Elektroden, oplossingen en potentialen
Elektrochemische verschijnselen van groot belang
o Voortplanting van zenuwprikkels
o Werking van batterijen
o Corrosie van metalen + zuivering van metalen
o Bleaching van de tanden (H2O2)
Elektrochemie bestudeert de chemische en elektrische verschijnselen
o Elektrische potentialen thv elektrolytoplossing en vaste elektrode
Synoniem voor redoxchemie -> oxidatie en reductie-reactie
o Verschil in oxidatiegetal en opnemen of afgeven van elektronen
Voorbeeld de reactie van natrium in water -> vrijkomen van gas en vormen basische oplossing
Na -> Na+ + e-
2e + 2H2O -> 2OH- + H2 ↑
- *2
2Na + 2H2O -> 2Na+ + 2OH- + H2↑
2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2 ↑
Periodiek systeem
o Elementen streven naar de octetstructuur (bekomen van edelgasconfiguratie)
Metalen geven elektronen af: M -> Mz+ = vorming van kationen (oxidatie)
Oxidatiegetal neemt toe
Niet-metalen nemen elektronen op: nM + e --> nMz- = vorming anionen (reductie)
Oxidatiegetal neemt af
Hoe hoger de EN-waarde, hoe groter de neiging voor opnemen van e -
o Waardes stijgen diagonaal van linksonder naar rechtsboven
o Sommige elementen kennen meerdere OG’s
Morfologie van het element verandert
Vorm- tot kleurverandering
Verschil in OG en verschillende bindingen
o Ander OG vereist een ander tegenion
Redoxreacties (bv: Cu + ½ O2 -> Cu2+ + O2- -> CuO↓
o Uitwisseling van elektronen tussen chemische verbindingen en/of ionen
Reductans (reductor): reduceert een andere verbinding, oxideert zelf
-> geeft elektronen af aan iets anders -> stijging in oxidatiegetal
Oxidans (oxidator): oxideert een andere verbinding, reduceert zelf
-> neemt elektronen op van iets anders -> daling in oxidatiegetal
1
,Elektrische eenheden
Binnen S.I. (internationaal systeem) enkel de Ampère opgenomen
o Alle andere elektrische eenheden zijn secundaire eenheden, die van ampère en andere
S.I. eenheden kunnen worden afgeleid
Ampère A (eenheid van elektrische stroom (l))
o Constante stroom die, indien geleid doorheen twee evenwijdige, oneindig lange,
rechtlijnige geleiders op een onderlinge afstand van 1m, per meter een kracht van
2*10-7 N veroorzaakt
Coulomb C (eenheid van elektrische lading (q))
o Hoeveelheid lading, die door een elektrische stroom van 1A verplaatst wordt in 1sec
1C = 1A*s
Faraday F (lading die 1 mol elektronen vertegenwoordigd)
o Lading e van een elektron is 1,60317733*10 -19C
-> 1F = 1,60317733*1019C * 6,023*1023 = 96500 C/mol
Volt V (eenheid van elektrische spanning (U))
o Spanningsverschil dat aan lading van 1C een potentiële energie van 1 Joule geeft
1V = 1J/1C
o Belangrijkste elektrische grootheid
Potentiaal U is potentiële energie per eenheid van lading
Indien lading van 1C op plaats van potentiaal 1V zit -> potentiële energie = 1J
Watt W (elektrisch vermogen (P))
o Arbeid (A) per tijdseenheid door elektrisch systeem
1W = 1J/1s
o Indien in punt A van een geleider een hogere potentiële energie heerst dan in ander
punt B, zullen de elektronen zich van A naar B verplaatsen
Elektrische stroom gepaard aan deze verplaatsing, zal door de weerstand van de
geleider arbeid leveren op deze geleide met arbeid per tijdseenheid is vermogen
Vermogen geleverd door potentiaalverschil binnen de geleider
o 1W is het vermogen dat wordt geleverd wanneer tussen twee
punten van een geleider met potentaalverschil van 1V een
stroom van 1 Ampère loopt
2
, Elektrodepotentialen
Zink in koper (II)sulfaat
Strook Zn-metaal (reductor) in een oplossing van CuSO 4 (Cu2+ is oxidator)
o Metaal bedekt met donkere laag, blauwe kleur uit oplossing verdwijnt
Donkere laag op staafje bestaat uit Cu2+-ionen, blauwe kleur werd veroorzaakt
door dezelfde ionen
Redoxreactie
o Zn-atomen vanuit de grenslaag van het metaal gaan als positieve ionen over naar de
oplossing -> laten 2 elektronen achter -> metalen plaatje wordt negatiever tov oplossing
Positieve ionen Cu2+ uit de oplossing worden zo aangetrokken -> nemen de 2
vrijgekomen elektronen op -> zet zich af op het metaal als Cu-metaal
o Oxidatieve halfreactie Zn (s) -> Zn2+(aq) + 2e -
o Reductieve halfreactie Cu2+(s) + 2e- -> Cu (s)
Zn-metaal in CuSO4 oplossing gebeurt spontaan -> ∆G° < 0 -> energie komt vrij
o Omgekeerd: Cu-metaal in zink oplossing geen spontane reactie (∆G° > 0)
Mogelijk om toch door te gaan: vergt energie -> elektrolyse
Galvanische cellen: de Daniell-cel
Rechter halfcel: Zn-staaf in contact gebracht met ZnSO 4-oplossing
o Oxidatie -> anode
o Zn (s) -> Zn2+(aq) + 2e –
Ionen zullen wegdiffunderen -> omgeving van de anode is positief geladen
Linker halfcel: Cu-staaf in contact met CuSO 4 oplossing
o Reductie -> kathode
o Cu2+(aq) + 2e- -> Cu (s)
Elektronen komen toe -> omgeving van de kathode is negatief geladen
Zoutbrug gevuld met oplossing van inert elektrolyt
o Reageert niet met de andere ionen in de oplossing
Geen reductie of oxidatie
Vaak Na2SO4
o Zorgt voor contact tussen beide halfcellen en tussen de elektrolytoplossing
Gaat splitsen in ionen en tekort aan lading gaan compenseren -> neutralisatie
Indien geen contact: lading in de halfcellen bemoeilijkt reductie- en
oxidatiereacties -> stroom zou nul worden = polarisatie
Sterke menging gaat worden tegengegaan door een prop glaswol
Metallische elektroden worden verbonden via elektrische bedrading
o Elektronen worden zo niet via de zoutbrug doorgegeven (bedrading = betere geleider)
Belangrijk onderscheid tussen oorzaak en gevolg
Oorzaak: overdracht van elektronen van Zn-atomen naar de anode
-> Zn2+-ionen verschijnen in grenslaag rondom anode
-> anionen migreren naar anode-> anode krijgt negatief teken in extern elektrisch circuit
-> Elektronenstroom vanuit anode naar kathode -> Cu 2+-ionen verdwijnen uit grenslaag
rondom kathode -> kationen migreren naar de kathode -> kathode krijgt positief teken in
extern elektrisch circuit -> elektronenstroom naar de kathode vanuit de anode
3
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
√ Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, Bancontact of creditcard voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper lauraheyndrickx. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €11,49. Je zit daarna nergens aan vast.
