Ontleed galvaniese en elektrolitiese selle, gebruik die standaardelektrodepotensiaaltabel om selpotensiaal en spontaneïteit te voorspel, en pas Faraday se wette toe.
Elektrochemie is gebou op redoksreaksies. Onthou die Engelse geheue-ezel OIL RIG: Oxidation Is Loss of electrons (oksidasie is verlies van elektrone); Reduction Is Gain of electrons (reduksie is opname van elektrone). In elektrochemie word elektronoorplasing ingespan om elektriese werk te verrig (galvaniese sel) of aangedryf deur elektriese werk (elektrolitiese sel).
’n Galvaniese sel skakel die chemiese energie van ’n spontane redoksreaksie om in elektriese energie. Die Daniell-sel (Zn–Cu) is die klassieke voorbeeld:
Selnotasie (lynnotasie): Anode links; katode regs; dubbele vertikale lyn (||) verteenwoordig die soutbrug; enkele vertikale lyn (|) verteenwoordig ’n fasegrens.
Die standaardelektrodepotensiaal (E°) is die potensiaal van ’n halfsel gemeet teenoor die standaardwaterstofelektrode (SWE, E° = 0,00 V) onder standaardtoestande: 25°C, 1 mol·dm−3, 1 atm. Alle waardes word geskryf as reduksiepotensiale.
| Halfreaksie (reduksie) | E° (V) | Karakter |
|---|---|---|
| F2 + 2e− → 2F− | +2.87 | Sterkste OM |
| MnO4− + 8H+ + 5e− → Mn2+ + 4H2O | +1.51 | Sterk OM |
| Cl2 + 2e− → 2Cl− | +1.36 | Sterk OM |
| O2 + 4H+ + 4e− → 2H2O | +1.23 | |
| Ag+ + e− → Ag | +0.80 | |
| Fe3+ + e− → Fe2+ | +0.77 | |
| Cu2+ + 2e− → Cu | +0.34 | |
| 2H+ + 2e− → H2 | 0.00 | SWE (verwysing) |
| Fe2+ + 2e− → Fe | −0,44 | |
| Zn2+ + 2e− → Zn | −0,76 | Sterk RM |
| Na+ + e− → Na | −2,71 | Sterk RM |
| Li+ + e− → Li | −3,04 | Sterkste RM |
’n Elektrolitiese sel gebruik ’n eksterne kragbron (battery/GS-bron) om ’n nie-spontane redoksreaksie aan te dryf. Die positiewe terminaal van die battery is aan die anode gekoppel; die negatiewe terminaal aan die katode.
Elektrolise van gesmelte NaCl (Downs-sel):
Elektrolise van water (verdunde H2SO4 as elektroliet):
Elektroplatering: ’n Metaalvoorwerp (katode) word met ’n ander metaal bedek. Die plateringsmetaal is die anode. Voorbeeld — silwerplatering van ’n lepel: silweranode, lepel as katode, silwernitraatoplossing as elektroliet. Ag+-ione slaan by die katode op die lepel neer: Ag+ + e− → Ag.
Faraday se Eerste Wet: Die massa stof wat by ’n elektrode neergeslaan word, is eweredig aan die hoeveelheid lading wat deurgevoer word.
Faraday se Tweede Wet: Vir dieselfde hoeveelheid lading is die massa neergeslaan eweredig aan die molêre massa en omgekeerd eweredig aan die aantal elektrone oorgedra (n).
Uitgewerkte voorbeeld: Hoeveel gram koper word neergeslaan wanneer ’n stroom van 2,00 A vir 30 minute deur ’n CuSO4-oplossing vloei?
Die standaard selpotensiaal E° geld slegs onder standaardtoestande. Die Nernst-vergelyking bereken die werklike selpotensiaal by nie-standaardkonsentrasies:
Waar R = 8,314 J·mol−1·K−1, T = temperatuur (K), n = mol elektrone oorgedra, F = 96 485 C·mol−1, Q = reaksiekwosiënt.
Konsentrasieselle: Beide halfselle gebruik dieselfde elektrode en ioon, maar teen verskillende konsentrasies. E°sel = 0, maar Esel ≠ 0 omdat die Nernst-vergelyking ’n nie-nul waarde gee. Stroom vloei van die verdunde na die gekonsentreerde halfsel totdat konsentrasies gelyk word.
| Stroom I (A) | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 |
|---|---|---|---|---|
| Massa Cu neergeslaan (g) | 0.25 | 0.50 | 0.75 | 1.00 |