شیمی4

Views:
 
Category: Entertainment
     
 

Presentation Description

No description available.

Comments

Presentation Transcript

PowerPoint Presentation:

به نام خداوندبخشنده مهربان

PowerPoint Presentation:

موضوع :فصل 4 (شیمی پیش دانشگاهی) الکتروشیمی

PowerPoint Presentation:

تهیه کننده :امل احمدیان کلاس :چهارم ریاضی وفیزیک مدرسه :فاطمه الزهراء(س) شهرستان کنگان دبیر مربوطه : خانم بحری

PowerPoint Presentation:

مقدمه ... درساختارتمامی مواد، الکترون وجود دارد و جریان الکتریسیته ازجابجایی وانتقال این الکترون هاحاصل می شود. درواقع بسیاری ازواکنش های شیمیایی باتولید،یامصرف جریان الکتریکی همراه هستند، مانند تولید انرژی الکتریکی درباتری هاویامصرف انرژی الکتریکی آب. این قبیل واکنش هادرشاخه ای از علم شیمی به نام الکتروشیمی موردبررسی قرارمی گیرند. طبق تعریف کلی :« الکتروشیمی علم استفاده ازانرژی الکتریکی برای انجام واکنش های شیمیایی ویاتولیدانرژی توسط یک واکنش شیمیایی است.»

PowerPoint Presentation:

نقش مایکل فارادی درپیدایش شاخه الکتروشیمی درعلوم تجربی: دراصل ،علاقه مندی مایکل فارادی به شیمی والکتریسیته وتلاش اوبرای برقراری ارتباط بین این دورشته باعث پیدایش شاخه ی الکتروشیمی درعلوم تجربی بوده.بخشی ازافتخارات مایکل فارادی درزمینه های شیمی وفیزیک به قرارزیراست: 1- ساخت موتورالکتریکی(درفیزیک) 2- ساخت د ینام(درفیزیک) 3- کشف بنزن(درشیمی) 4-تهیه کلرمایع(درشیمی)

PowerPoint Presentation:

مباحثی ازالکتروشیمی که دراین بخش موردبررسی قرارمی گیرد : واکنش های اکسایش وکاهش 2.انواع سلول های الکتروشیمیایی واکنش اکسایش وکاهش: واکنش های اکسایش وکاهش ،به واکنش هایی گفته می شودکه باانتقال یک یاچندالکترون همراه باشند. 3. حفاظت فلزات ازخوردگی 4. استخراج فلزات ازترکیبات یونی آنها 5.آبکاری 6.تصفیه ی الکتریکی فلزات

PowerPoint Presentation:

نیازبه آشنایی باواکنش های اکسایش وکاهش : ازآنجایی که درک واکنش هایی که درشاخه الکتروشیمی مطرح می شوندبه کمک شناخت واکنش های اکسایش وکاهش امکان پذیراست،لازم است ابتدابامفهوم اکسایش وکاهش آشناشویم. اکسایش تعریف اول برمبنای گرفتن اکسیژن :هنگامی که یک عنصربااکسیژن ترکیب می شود،اکسایش می یابد. مثال : گردمنیزیم بااکسیژن ترکیب شده وباشعله خیره کننده ای می سوزد ،طی این واکنش منیزیم اکسایش می یابد . تعریف دوم برمبنای ازدست دادن هیدروژن : دریک واکنش اکسایش وکاهش ،ترکیبی که هیدروژن ازدست می دهد، اکسایش می یابد. مثال : درواکنش اکسایش متانول( CH3OH )دواتم هیدروژن ازآن حذف می شودومتانال ( CH2O )به دست می آید. تعریف سوم برمبنای ازدست دادن الکترون : درواکنش های اکسایش – کاهش عنصری که الکترون ازدست می دهد،اکسایش می یابد. مثال : درواکنش مقابل Fe2+ ،یک الکترون ازدست داده وتبدیل به Fe3+ می شود.پس Fe2+ دراین واکنش اکسایش می یابد .

PowerPoint Presentation:

کاهش (aq) NO3- تعریف دوم ،برمبنای گرفتن هیدروژن : دریک واکنش های اکسایش وکاهش ،چنانچه یک ترکیب هیدروژن دریافت کند،کاهش می یابد. مثال: درواکنش زیر CO ،کاهش می یابدزیرا4اتم هیدروژن به آن اضافه می شود. تعریف سوم ،برمبنای گرفتن الکترون : درواکنشهای اکسایش وکاهش ،عنصری که الکترون راازعناصردیگردریافت می کند،کاهش می یابد. مثال: درواکنش مقابل Cu2+ دوالکترون می گیردوتبدیل به فلزمس می شود . تعریف اول ،برمبنای ازدست دادن اکسیژن : دریک واکنش اکسایش وکاهش ،ترکیبی که اکسیژن ازدست می دهد،کاهش می یابد. مثال: درواکنش زیریون NO3 باازدست دادن دواتم اکسیژن ،کاهش می یابد . NO (g) +O2

PowerPoint Presentation:

جمع بندی: باتوجه به تعاریف درمورداکسایش و کاهش به جمع بندی کلی زیرمی نویسیم : گرفتن اکسیژن ازدست دادن هیدروژن ازدست دادن الکترون O H e اکسایش یافتن کاهش یافتن ازدست دادن اکسیژن گرفتن هیدروژن گرفتن هیدروژن

PowerPoint Presentation:

کاهنده واکسنده درواکنش های اکسایش وکاهش: درواکنش فرضی زیر،عنصر A به عنصر B الکترون می دهد .به این ترتیب ،نقش هایی که عنصر A و B دراین واکنش اکسایش – کاهش برعهده می گیرندبه شرح زیرمی باشد: A+B A+B- +e -e عنصر A : دهنده ی الکترون است ،پس اکسیدمی شود وازطرف دیگر عنصر B را کاهش می دهد،پس کاهنده است. نتیجه : ماده ای که اکسیدمی شودکاهنده است . عنصر B : گیرنده ی الکترون است،پس کاهش می یابد وازطرف دیگرعنصر A رااکسیدمی کند،پس اکسنده است . نتیجه : ماده ای که کاهش می یابداکسنده است .

PowerPoint Presentation:

الکل نوع (1) ا لکل نوع(2 ) الکل نوع(3) جمع بندی کلی درمورداکسایش الکل ها،آلیدهاوکتون ها: C=O H H اکسایش اکسایش اکسیدکننده ی قوی اکسایش آلدهید کتون دربرابراکسایش مقاومت می کند. دربرابراکسایش مقاومت می کند . کربوکسیلیک ا سیدا 2CO+H2O H

PowerPoint Presentation:

نیم سلول (الکترود) به مجموعه ی تیغه یک فلزدرمحلول آبی کاتیون های خودش (که ازانحلال نمک آن درآب بدست می آید)،نیم سلول یاالکترودآن فلزگفته می شود . تعادل موجوددرنیم سلول: دریک نیم سلول به منظوربرقرارتعادل تعدادی ازاتم های فلزالکترون های ظرفیت خودرابه روی سطح تیغه برجای می گذارندوبه صورت کاتیون واردمحلول می شونددرنتیجه بین تیغه ی فلزوکاتیون های آن درمحلول،تعادلی به صورت مقابل برقرارمی شود. پتانسیل الکترودی به اختلاف پتانسیل بین تیغه ی فلزی ومحلول حاوی کاتیون هادریک نیم سلول ،پتانسیل الکترودی گفته می شود.درواقع برجای ماندن الکترون های جداشده ی تعدادی ازاتم های فلز،باعث پیدایش بارمنفی درسطح تیغه می گرددوواردشدن تعدادی کاتیون به محلول ،باعث ایجادبارمثبت درمحلول می شود.درنتیجه بین تیغه ی دارای بارمنفی ومحلول که دارای بارمثبت است،اختلاف پتانسیل الکتریکی بوجود می آیدکه به آن پتانسیل الکترودگفته می شود .

PowerPoint Presentation:

پتانسیل مطلق الکترود وقتی دو فاز مختلف در کنار هم قرار گیرند، امکان برقراری پتانسیلی بین آنها وجود دارد. مثل وقتی که یک تیغه فلزی در داخل حلال ایده آل و یا محلول یونهای مربوطه‌اش قرارگیرد. بنابراین تبادلی بین یونهای فلز تیغه و یون فلز محلول برقرار می‌گردد و در نهایت انتقال به تعادل منجر می‌شود. اگر یونها از تیغه به محلول انتقال یابند، الکترونها در روی تیغه الکترود می‌مانند و بعد از زیاد شدن یون در حلال،یونها به سطح تیغه بر می‌گردند و عمل به تعادل می‌رسد . تیغه ، دارای بار منفی و محلول ، دارای بار مثبت می‌شود و اختلاف پتانسیلی بین تیغه و محلول پدید می‌آید که آنرا پتانسیل مطلق الکترودی می‌نامند. در این فرایند ، مولکولهای حلال و میل قدرت نشر یونهای فلز به محیط ، موثر است .

PowerPoint Presentation:

کاتیون بیشتر کاتیونها ، یونهای تک اتمی‌اند که توسط فلزات بوجود می‌آیند. اگر فلز تنها یک نوع کاتیون ایجاد کند، نام یون ، همانند فلز مربوط است . + Na یون سدیم است. یعنی فلز سدیمی که ابتدا بصورت گازی در آمده است و از سدیم یک الکترون با اعمال انرژی یونش گرفته شده است . 2+ Mg یون منیزیم است . 3+ Al ، یون آلومینیوم است . برخی از فلزات بیش از یک نوع کاتیون بوجود می‌آورند. در اینگونه موارد ، با نشان دادن تعداد بار کاتیونها در نامشان آنها را متمایز می‌کنیم. بار این نوع کاتیونها بصورت ارقام لاتین بعد از نام فارسی عنصر قرار داده می‌شود . + Cu ، یون مس (I) و 2+ Cu ، یون مس (II) است. در روشی قدیمی‌تر برای متمایز کردن دو نوع یون بوجود آمده از یک فلز ، پسوندی به نام فلز افزوده می‌شود. در این روش ، هرگاه نماد فلزی از لاتین مشتق شده باشد، از نام لاتین فلز استفاده می‌شود .

PowerPoint Presentation:

آنیون آنیونهای تک‌اتمی از اتم فلزات به وجود می‌آیند. نام آنها از طریق حذف بخش آخر نام عنصر و افزودن پسوند "- ید" به باقیمانده به دست می‌آید . - Cl یون کلرید است . 2- O ، یون اکسید است . 3- N یون نیترید است. اما ، تمام آنیونهایی که نامشان به "ید" ختم می‌شود تک اتمی نیستند. بلکه معدودی آنیونهای چند اتمی نیز نامشان با این پسوند ختم می‌شود. مثلا - CN یون سیانید است . - OH یون هیدروکسید است . 2- O 2 یون پروکسید است . آنیونهای چند اتمی بسیاری شناخته شده‌اند. بعنوان مثال 2- O 2 یون پراکسید ، Cr 2 O 7 -2 یون کرومات ، SO 3 - 2 یون سولفیت و 3- AsO 4 یون آرسنات است

PowerPoint Presentation:

کاربرد الکترودها الکترودها معمولا برای سنجش یک پارامتر مثل PH متری ، پتانسیومتری ، اندازه‌گیری غلظت یک یون یا مولکول و … در شیمی تجزیه استفاده می‌شود و با توجه به پارامتر اندازه‌گیری الکترود مناسب استفاده می‌شود. الکترودها در انواع فلزی ، غیرفلزی ، شیشه‌ای ، بلوری و … به بازارعرضه می‌شوند و هر کدام کاربرد مخصوص خود را دارند .

PowerPoint Presentation:

واکنش الکترودی: به واکنش های اکسایش وکاهشی که درسطح تیغه ی فلزی ومرزان بامحلول(یابهتربگوییم درمرزبین رسانای الکترونی ورسانای یونی) صورت می گیرد،واکنش های اکترودی گفته می شود. سلول های الکتروشیمیایی: ازاتصال دونیم سلول(الکترو)به یکدیگر،یک سلول الکتروشیمیایی حاصل می شود. -انواع سلول های الکتروشیمیایی وویژگی های مهم انهارادریک تقسیم بندی کلی به شرح زیرمی باشند،که درادامه درس به توضیح کامل هریک ازانهامی پردازیم

PowerPoint Presentation:

انواع رساناهای الکتریکی به طورکلی هدایت وانتقال جریان الکتریسیته به دوصورت امکان پذیراست.یکی انتقال جریان ازطریق حرکت الکترون هاودیگری انتقال جریان ازطریق حرکت یون هادرمحلول ،براین مبنارساناهارابه دودسته تقسیم می کنند: الف)رساناهای الکتریکی به رساناهایی گفته می شودکه باحرکت الکترون های موجوددرخودجریان الکتریسیته رامنتقل می کنند.مانندفلزات که رساناهای خوبی برای جریان برق هستند. ب)رساناهای یونی : به رساناهایی گفتهمی شودکه ازطریق حرکت یون ها،جریان الکتریسیته رامنتقل می کنند،مانندمحلول های الکترولیت که حاوی کاتیون های وآنیون هاهستندوجابجایی این یون هاباعث رسانایی جریان الکتریسیته می شود. توضیح : به محلول هایی که رسانای یونی هستند،رسانای الکترولیتی نیزگفته می شود. نکته: دریک الکترودیانیم سلول،درواقع یک رسانای یونی(محلول حاوی یون ها) د ر تماس بایک رسانای الکترونی(تیغه ی فلزی)قرارمی گیرد

PowerPoint Presentation:

انواع سلول های الکتروشیمیایی } 1-سلول های گالوانی(یاولتا) 2-سلول های الکترولیتی 1-سلول های گالوانی(یاولتا): - دراین سلول هاباانجام واکنش های شیمیایی جریان الکتریسیته تولیدمی شوددرواقع،سلول های گالوانی انرژی شیمیایی رابه انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. -واکنش های سلول های گالوانی به صورت خودبخودی انجام می شوند. - ضمن انجام واکنش های سلول های گالوانی سطح انرژی وانتالپی فراورده هانسبت به موادواکنش دهنده کاهش می یابد:یعنی واکنش های سلول های گالوانی باکاهش انتالپی ( H >0)همراه اند. - انواع باتری های مورداستفاده ما،نمونه هایی ازسلول های گالوانی هستند.

PowerPoint Presentation:

2- سلول های الکترولیتی: - دراین سلول هابااعمال یک ولتاژخارجی(بیرونی)یابه عبارتی بامصرف جریان الکتریسیته،واکنش های شیمیایی انجنم می شوند.درواقع،سلول های الکترولیتی،انرژی الکترویکی رابه انرژی شیمیایی تبدیل می کنند. - واکنش های سلول های الکترولیتی،غیرخودبخودی می باشدوباصرف انرژی قابل انجام هستند. - ضمن انجام واکنش های سلول های الکترولیتی سطح انرژی وفراورده هانسبت به مواد واکنش دهنده،افزایش می یابد،یعنی واکنش های سلول های الکترولیتی باافزایش انتالپی(0< H )همراه اند. -سلول های تجریه الکتریکی (برقکافت)موادوسلول های ابکاری،نمونه هایی ازسلول های الکترولیتی هستند. مفهوم کاتدوانددرسلول های الکتروشیمیایی: کاتد: - الکترودی است که دران،الکترون ازتیغه ی فلزی (رسانای الکترونی)بهمحلول الکترولیت (رسانای یونی)داده می شود. - بنابرتعریفی دیگر : کاتدالکترودی است که دران نیم واکنش کاهش صورت می گیرد. - یکی ازنشانه های تشخیص اندان است که الکترون ازان خارح می شود.

PowerPoint Presentation:

آند: - الکترودی است که درآن الکترون ازمحلول الکترولیت (رسانای یونی) به تیغه ی فلزی(رسانای الکترونی)داده می شود. - بنابرتعریفی دیگر:آند،الکترودی است که درآن نیم واکنش اکسایش صورت می گیرد. - یکی ازنشانه های تشخیص آندآن است که الکترون ازآن خارج می شود . نکته: درمحلول های الکترولیت،همواره انیون هابه سمت اندوکاتیون هابه سمت کاتدحرکت می کنند. قطب + و - درسلول های الکتروشیمیایی: + - درسلول های الکتروشیمیایی ،الکترودی که شروع حرکت الکترون ازآن آغازمی شود،قطب منفی نامیده می شودوالکتروددیگرقطب مثبت می باشد.

PowerPoint Presentation:

تذکر: قطب +یا- بودن یک الکترودوکاتدیاآندبودن آن ،دومفهوم مستقل ازیکدیگرمی باشندوتعیین هرکدام ازآنها برای یک الکترودبرمبنای تعریف های مستقل کاتد-آندوقطب مثبت-منفی ،انجام می شود.بنابراین ارتباط ثابتی بین کاتدوآندبودن یک الکترون ومثبت یامنفی بودن آن وجودندارد،به عنوان نمونه : درسلول های گالوانی کاتدقطب مثبت ا ست آندقطب منفی است درحالی که درسلول های الکترولیتی : کاتدقطب منفی است. } آندقطب مثبت است درقسمت های بعدی ضمن شرح کامل سلول های گالوانی وسلول های الکترولیتی به بررسی تعیین کاتدوآندونیزقطب + و - درآنهامی پردازیم: + - }

PowerPoint Presentation:

سلول های گالوانی ازاتصال دونیم سلول به یکدیگر،یک سلول الکتروشیمیایی گالوانی تشکیل می شوددراین سلول: *الکترودی که پتانسیل کاهش آن بیشتراست نقش کاتدرادارد. *الکترودی که پتانسیل کاهش آن کمتراست نقش آندرادارد. *انتقال جریان بین دوتیغه فلزی به کمک سیم رابط وازطریق حرکت الکترون هاانجام می شود. *باقراردادن یک ولت سنج درمسیرسیم رابط بین دوالکترودمی توان اختلاف پتانسیل بین دو الکترودرااندازه گیری کرد. *باقراردادن یک آمپرسنج درمسیرسیم رابط بین دوالکترون می توان جهت جریان رامشخص نموده وجریان رامشخص نموده وجریان الکتریکی رابین دوالکتروداندازه گیری کرد.(جهت جریان همواره از آندبه سمت کاتداست.) *انتقال جریان الکتریسیته بین دومحلول الکترولیت به کمک یک پل نمکی (یایک جدار متخلخل) و از طریق حرکت یون هاانجام می شود پل نمکی: یک پل نمکی ساده شامل یک قطعه کاغذصافی ،آغشته به محلول سیرشده ی یک نمک مناسب ، مانندپتاسیم کلرید( KCI )است،که نقش جابجاکردن یون هابین دومحلول الکترولیت رادارد.

PowerPoint Presentation:

تاثیرونقش پل نمکی: همانطورکه گفته شدپل نمکی نقش جابه جایی یون هارابین دوالکترولیت دارد.درواقع پل نمکی یک رسانای یونی است که بابه جریان انداختن وانتقال یون ها(گونه هاباردار)بین دومحلول الکترولیت،مدارالکتریکی راکامل می کندبه این ترتیب بابرقراری جریان یون ها(انتقال یون هابین دومحلول)باعث خنثی ماندن محلول هادرضمن انتقال الکترون بین الکترود هامی شود. نکته: اگرپل نمکی بین دومحلول حذف شود،واکنش های دوسلول متوقف شده وجریان الکترون هادرسیم قطع می شود. نکته: درمواردی به منظورارتباط یون هادومحلول به جای پل نمکی ازدیواره ی متخلخل استفاده می شود.دیواره ی متخلخل می تواندا زجنس سفال،خاک چینی(کائولن)ویاازبست (گردفشرده شده ی شیشیه)باشد،درواقع دیواره ی متخلخل ضمن اینکه ازمخلوط شدن مستقیم وسریع دومحلول جلوگیری می کند،امکان عبور و انتقال یون ها بین دومحلول رافراهم می کند

PowerPoint Presentation:

برای حفظ فلزات مهم دارای پتانسیل کاهش (+)می توان کلمه ی «طپج نم» راکه برگرفته ازحرف اول نام آنهااست،درنظرگرفت: طپچ نم طلا>پلاتین>جیوه>نقره>مس مقایسه ی پتانسیل کاهش: سلول های غلظتی: ساختارکلی:دراین سلول هاهردوالکترودازیک نوع فلزتشکیل شده است اماغلظت الکترولیت هامتفاوت است،بنابراین پتانسیل دوالکترودمتفاوت می باشد.

PowerPoint Presentation:

1- نیم سلولی که غلظت الکترولیت آن کمتراست 2- نیم سلولی که غلظت الکترولیت آن زیاداست } } - پتانسیل الکترودی کمتری دارد. - نقش آندرادارد. - قطب منفی (-)سلول راتشکیل می دهد. - نیم واکنش اکسایش درآن انجام می شود . - تیغه آن کاهش جرم پیدامی کند(چون آنداست.) - پتانسیل الکترودی بیشتردارد. - نقش کاتددارد. - قطب مثبت(+)سلول راتشکیل می دهد. - نیم واکنش کاهش درآن انجام می شود. - تیغه آن افزایش جرم پیدامی کند(چون کاتداست)

PowerPoint Presentation:

نکته 1 : ولتاژیک سلول غلظتی به غلظت الکترولیت هادردومحلول بستگی دارد. نکته 2 : یک سلول غلظتی تازمانی کارمی کند،که غلظت کاتیون هادردو محلول یکسان شود،پس ازیکسان شدن غلظت کاتیون های دوالکترولیت،واکنش هامتوقف شده وجریان الکتریسیته قطع می شود. انواع سلول های گالوانی: سلول های گالوانی رابه دودسته تقسیم می کنند } 1- سلول هایاباتری های نوع اول: دراین سلول هاهنگامی که واکنش دهنده های موجودتمام می شوند،سلول غیرفعال شده وامکان شارژمجددآن وجود ندارد مانند : باتری های معمولی وسلول های سوختی 2- سلول های باتری های نوع دوم : این نوع باتری هاقابل شارژهستند،یعنی هم به عنوان سلول گالوانی وهم به عنوان سلول الکترولیتی عمل می کنندومی توان بارها آنهاراشارژواستفاده نمود.مانند:سلول های انباره ای(باتری خودروها).

PowerPoint Presentation:

پایان

authorStream Live Help