Kemijska ravnoteža
Download 1.37 Mb. Pdf ko'rish
|
| 1 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Svaka povratna ili
reverzibilna reakcija može se op ć
ć om jednadžbom: m A +
B o C +
D . U trenutku kada se brzine reakcije nastajanja produkata i raspadanja produkta izjedna č e sustav je u stanju ravnoteže (ozna č avamo ili ). Grana kemije koja izu č
kemijska kinetika .
[A] m
n v = k [C]
o · [D]
p 2 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
[A]
m · [B]
n = k [C] o
p
U slu č aju kada su brzine jednake, tj. kada je za navedenu se reakciju može se definirati izraz:
Taj je izraz poznat pod imenom zakon o djelovanju masa ( Guldberg-Waage ) ili
zakon kemijske ravnoteže . Konstanta K naziva
se konstantom kemijske ravnoteže i njena broj č ana vrijednost konstantna je pri nekoj temperaturi. K = [C]
o · [D]
p [A]
m · [B]
n dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Konstanta kemijske ravnoteže odre ñ uje položaj ravnoteže. Što je ve ć a vrijednost konstante ravnoteže to je u stanju ravnoteže
u odnosu na koncentraciju reaktanata, tj. to je ravnoteža više pomaknuta u smjeru stvaranja produkata reakcije. Primjer:
N 2 (g) + 3H 2 (g)
2NH 3 (g) K c = [NH 3 ] 2 [N 2 ] · [H 2 ] 3 K p = p 2 (NH
3 )
2 )·p 3 (H 2 ) * za plinove – parcijalni tlakovi plinova * 3 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Ravnoteže u homogenim sustavima mogu se podijeliti na:
ravnoteže u otopinama.
Ravnoteže u heterogenim sustavima , koji se sastoje od više
faza, mogu
se promatrati u sljede
ć im sustavima: č vrsto - plinovito č vrsto – teku ć e teku ć e – plinovito teku
ć e – teku
ć e. dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Ovakav sustav č ini
č vrsta tvar u ravnoteži sa svojom zasi ć
otopinom. Ravnoteža otapanja, odnosno
taloženja može se op ć enito prikazati ovom jednadžbom: Heterogeni sustav č vrsto-teku ć e B + A − (s) B + (aq) + A − (aq)
Konstanta ravnoteže dana je izrazom: [B + ] · [ A − ] = K c Konstanta ravnoteže u ovom se slu č aju naziva konstanta produkta topljivosti (K pt , K so , K sp ).
4 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
produkta topljivosti, to je i
, odnosno prije dolazi do njenog taloženja. Primjeri: AgCl Ag
+ Cl − ; K pt (AgCl) = [Ag + ] · [Cl
− ] PbCl 2 Pb 2+ + 2 Cl − ; K pt (PbCl 2 ) = [Pb
2+ ] · [Cl
− ]
PbSO 4
2+ + SO
4 2 − ; K pt (PbSO 4 ) = [Pb
2+ ] · [SO
4 2 − ] Tvar K pt Tvar K pt AgBr
4,4 · 10 -13 mol
2 dm − 6 PbCl
2 2 · 10 -5 mol 3 dm − 9 AgCl
1 · 10 -10 mol
2 dm − 6 PbS
4,2 · 10 -28 mol
2 dm − 6 CaCO
3 1,6
· 10 -8 mol 2 dm − 6 PbSO 4 1,4
· 10 -8 mol 2 dm − 6 K pt nekih teško topljivih tvari u vodi (pri sobnoj temperaturi) dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju AgCl Ag
+ Cl − ; K pt (AgCl) = [Ag + ] · [Cl
− ] [Ag + ] · [Cl
− ] < K pt (AgCl)
− nezasi
ć ena otopina [Ag +
− ] = K pt (AgCl)
− zasi
ć ena otopina [Ag +
− ] > K pt (AgCl)
− prezasi
ć ena otopina Iz K pt se može izra č unati
ravnotežna koncentracija iona u otopini, topljivost spoja u vodi i
potrebna za taloženje .
5 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Otapa li se neka tvar A u dvije teku ć ine koje se me ñ usobno
ne miješaju, ona se razdijeli u dvije teku ć e faze pri č emu se
uspostavi ravnoteža: Konstanta ravnoteže dana je izrazom: Heterogeni sustav teku ć e-teku ć e A (faza 1) A (faza 2)
K = [A]
(faza2) [A]
(faza1) dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju [I 2 ] Odnos se naziva Nernstovim zakonom razdjeljenja ( W.H. Nernst ) koji kaže da je omjer koncentracija tvari koja je razdijeljena u dvije faze pri odre ñ enoj temperaturi stalan. Konstanta ravnoteže naziva se i koeficijentom razdjeljenja . Nernstov zakon vrijedi ako je molekulsko stanje otopljene tvari u obje faze isto. I 2 I 2 Primjer: ekstrakcija vodene
otopine joda
pomo ć u kloroforma K = = 250
[I 2 ] CHCl 3 H 2 O (H 2 O) (CHCl 3 )
6 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Prilikom kemijskih reakcija može do ć i do osloba ñ anja i
vezanja topline. Reakcije kod kojih se toplina osloba ñ a nazivaju se egzotermnim reakcijama , a one kod kojih se
(
) nazivaju se
. Promjena temperature utje č e na ravnotežu, odnosno vrijednost konstante ravnoteže. dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
temperature , prema Le Chatelierovom principu,
, što
zna č i da se povišenjem temperature ravnoteža pomi č e s
lijeve prema desnoj strani jednadžbe kemijske reakcije. Obratno,
egzotermnim reakcijama pogoduje sniženje temperature pri
č emu se ravnoteža pomi č e prema
desnoj strani, odnosno nastajanju produkata. 7 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Pri otapanju elektrolita u vodi dolazi do disocijacije. Pri tome, jaki elektroliti potpuno disociraju :
BA(aq) →
+ (aq) + A
− (aq).
U slu
č aju slabih elektrolita dolazi samo do djelomi č ne disocijacije i
izme ñ
molekula BA i hidratiziranih iona B + i A − : BA(aq) B + (aq) + A − (aq).
dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Za navedenu reakciju disocijacije izraz za konstantu ravnoteže iznosi:
BA B + + A − Konstanta ravnoteže K c naziva se u ovom slu č aju
konstanta disocijacije . Što je njezina
broj č ana vrijednost ve ć a to je
ve ć a koncentracija iona u odnosu na koncentraciju nedisocirane molekule u otopini . To zna
č i da je vrijednost konstante disocijacije i mjera za jakost elektrolita.
c = [B + ] · [A − ] [BA] 8 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Poznato je da voda vrlo slabo disocira na ione i u č istoj
vodi i u vodenim otopinama postoji ravnoteža ionizacije: Ravnoteže u otopinama kiselina i baza H 2 O(l) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH − (aq)
ili kra ć e: H 2 O(l) H + (aq) + OH − (aq)
Konstanta ravnoteže naziva se ionski produkt vode i dana je izrazom: [H + ] · [ OH − ] =
K w =
−−−−
−−−−
6 ( pri 25 o C).
Navedena vrijednost vrijedi pri temperaturi 25 o C, dok je pri nižim
temperaturama manja,
a pri
višim temperaturama ve ć a od te vrijednosti. dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Iz prijašnje navedenog izraza slijedi da koncentracije vodikovih i hidroksidnih iona iznose: [
+ ] =
[ OH − ] K w [
−−−− ] =
[ H + ] K w
Kako se voda ionizira na jednaki broj vodikovih i hidroksidnih iona, to je i njihova koncentracija jednaka i pri 25
o C iznosi: [H + ] = [ OH −−−−
] =
−−−−
−−−−
3 . 6 2 14 dm mol 10 − −
Zbog jednake koncentracije vodikovih i hidroksidnih iona č ista voda je neutralna . Isto tako je i neutralna bilo koja druga otopina koja ima istu koncentraciju tih iona.
9 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Ako
je koncentracija vodikovih iona ve ć a od 10 −−−−
7 mol dm −−−−
3 tada je otopina kisela . Obratno, ako je koncentracija vodikovih iona manja od 10 −−−−
7 mol dm −−−−
3 tada je otopina lužnata . neutralna otopina [H + ] = [ OH −−−−
] = 10 −−−−
7 mol dm −−−−
3 kisela otopina [H + ] > 10 −−−−
7 mol dm −−−−
3 ; [ OH
− ] < 10
−−−− 7 mol dm −−−− 3 lužnata otopina [H + ] < 10 −−−− 7 mol dm −−−− 3 ; [OH −−−−
] > 10 −−−−
7 mol dm −−−−
3 Koncentracija vodikovih iona služi kao mjera za kiselost i lužnatost otopina. dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Da se vrijednost koncentracije vodikovih iona ne mora izražavati takvom visokom
negativnom potencijom, danski kemi č ar P. L. Sørensen je predložio da se izražava samo negativnim eksponentom potencije, tzv.
ili
potencijom vodikovih iona –
.
−−−−
3 ); [H + ] = 10 −−−−
pH pOH = - log ([OH −−−−
] / mol dm −−−−
3 ); [OH
− ] = 10
−−−− pOH
[H + ] · [ OH − ] = 10
−−−− 14 mol 2 dm −−−− 6 ;
10 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju neutralna otopina pH = 7 kisela otopina pH < 7 lužnata otopina pH > 7
je pH definiran elektromotornom silom
odgovaraju ć eg č lanka i standardnim puferima, tj. pH je definiran postupkom odre ñ ivanja, odnosno mjerenja . pH vrijednost otopina obi č no ima vrijednosti izme ñ u 0 i
, no može biti i pH < 0 i pH > 14. dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
11 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
su tvari kojima se može odrediti da li je neka otopina kisela, lužnata ili neutralna. To su naj č eš ć e organske molekule velike
molekulske mase,
a po kemijskom sastavu su slabe kiseline ili baze. metiloranž + H
+ - H
+ dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Indikator: metiloranž 12 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Za
ñ ivanje pH vrijednosti služe trake papira natopljene indikatorom (lakmus, univerzalni indikator itd.), dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju a za njihovo precizno mjerenje pH metri .
13 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju [H + ] · [A − ] U vodenim otopinama kiselina postoji sljede ć a op
ć enita
ravnoteža: HA H + + A
− K a = [HA]
Konstanta ravnoteže dana je izrazom: Konstantu K a nazivamo
konstantom disocijacije kiseline i mjera je jakosti kiseline. Što je vrijednost konstante disocijacije ve ć a to je kiselina ja č a i obratno. Naime, što je vrijednost konstante ve ć a, to je
ve ć a i koncentracija vodikovih iona u odnosu na koncentraciju nedoscirane kiseline u otopini, odnosno kiseline u molekulskom obliku. dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Prema
vrijednostima konstante disocijacije, kiseline
obi č no dijelimo na: vrlo slabe kiseline K a ≤ 10 −−−−
7 mol dm
−−−− 3 slabe kiseline 10 −−−− 7 mol dm
−−−− 3 ≤ K a ≤ 10 −−−−
2 mol dm
−−−− 3 jake kiseline 10 −−−− 2 mol dm
−−−− 3 ≤ K a ≤ 10 3 mol dm −−−− 3 vrlo jake kiseline K a > 10 3 mol dm
−−−− 3 . 14 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
−−−−
3 HClO 4 HClO 4 → → → →
+ + ClO 4 −−−−
oko 10 10 HCl HCl → → → →
+ + Cl −−−−
oko 10 3 H 2 SO 4 H 2 SO 4 → → → →
+ + HSO 4 −−−−
oko 10 3 HNO 3 HNO 3 → → → → H + + NO 3 −−−−
oko 20 H 2 SO 3 H 2 SO 3 H + + HSO 3 −−−−
1,43 ·
−
−−−−
1,1 ·
−
−−−−
+ H + 1,77 ·
−
−−−−
+ H + 1,75 ·
−
−−−−
1,0 ·
−
−−−−
6,2 ·
−
−−−−
6 ·
−
dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
H 2 SO 4 → H + + HSO 4 − HSO 4 − H + + SO
4 2 − K a = oko 10 3 mol dm
−−−− 3
a = 2 · 10
−−−− 2 mol dm −−−− 3 H 3 PO 4 H + + H 2 PO 4 − K a = 1,1 · 10 − 2 mol dm −−−− 3 H 2 PO 4 − H + + HPO 4 2 − K a = 1,2 · 10 − 7 mol dm −−−− 3 HPO 4 2 − H + + PO 4 3 − K a = 1,8 · 10 − 12 mol dm −−−− 3
15 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju [BH
+ ] · [OH
− ] U vodenim otopinama baza postoji sljede ć a op
ć enita
ravnoteža: B + H
2 O BH + + OH
− K b = [B]
Konstanta ravnoteže dana je izrazom: Konstantu K b nazivamo
konstantom disocijacije baze .
ć a to je baza ja č a i obratno. dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
su
hidroksidi alkalijskih i dio hidroksida zemnoalkalijskih metala , npr. NaOH, Ca(OH)
2 , itd.
Slabe baze su
(npr. Fe(OH) 3 ) te amonijev hidroksid (NH
4 OH),
s obzirom
na vrijednost konstante disocijacije koja iznosi
1,79 · 10 − 5 mol dm − 3 . NH 3 (aq) + H 2 O NH 4 + (aq) + OH − (aq)
[NH 4 + ] · [OH − ] K b = [NH 3 ] = 1,79 · 10 − 5 mol dm − 3 . 16 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Konstante disocijacije kiseline i baze povezane su i ovim izrazima kojima se iz poznate konstante disocijacije kiseline može izra č unati konstanta disocijacije baze i obratno: K a = K b
w
· K b = K w = 10
− 14 mol 2 dm − 6 K b = K a
w dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Puferske ili tamponske otopine Puferske ili tamponske otopine su otopine slabih kiselina i njenih soli i
koje neznatno mijenjaju pH dodatkom kiseline ili baze. Primjeri: kiseli pufer CH 3
3 COONa
bazi č ni pufer NH 4 OH / NH 4 Cl važan primjer pufera u prirodi H 2 CO 3 / HCO 3 −−−−
17 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
doda li se 1 mL otopine NaOH iste koncentracije (c b = 1 mol dm −−−− 3 ) u 100 mL puferske otopine koja
sadrži octenu kiselinu koncentracije c a (CH 3 COOH) =
1 mol
dm −−−−
3 i natrijev acetat koncentracije c s (CH 3 COONa) = 1 mol dm −−−− 3
ć e se promijeniti samo za 0,01 (4,74
⇒ 4,75).
Ra č unski dokaz da otopine neznatno mijenjaju pH dodatkom pufera:
doda li se 1 mL otopine
NaOH koncentracije c b = 1 mol dm −−−− 3 u 100 mL č iste vode pH vrijednost iznosit ć e 12 . dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
prou č
dolazi do prijenosa elektrona (oksidacijsko-redukcijske promjene).
Postoje 2 vrste elektrokemijskih ć elija:
galvanski č lanak
č ki č lanak Redoks ravnoteže 18 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Galvanski č lanak se sastoji od dvije razli č ite elektrode uronjene u otopinu ili talinu svojih iona (elektrolita) koje su me
ñ usobno odjeljene polupropusnom membranom. Ako se elektrode spoje do ć i ć e na elektrodama do reakcija oksidacije i redukcije.
jedna metalna elektroda uronjena u otopinu (talinu) elektrolita.
č lanak je ure
ñ aj u kojem se energija kemijske reakcije (redoks-reakcije) pretvara u elektri č nu energiju ( č lanak služi kao izvor napona), a kemijske reakcije su spontane . dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju A(-) K(+) Zn(s) Cu(s) Cu 2+ (aq) + Zn(s) → Cu(s) + Zn 2+ (aq)
19 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Elektroni, koji su negativno nabijeni, teže putovati prema podru č jima pozitivnog elektri č nog potencijala i zato putuju od jedne elektrode prema drugoj u galvanskom č lanku. Izme
ñ u metala i otopine postoji polje odre ñ enog
potencijala - elektrodni potencijal , ali je problem što se razlika potencijala na jednoj grani č noj površini metal- otopina ne može mjeriti.
Mjeriti se može razlika potencijala ( ∆ V) izme ñ u dviju elektroda (dvaju
polu č lanaka). Ona je jednaka elektromotornoj sili ili skra
ć eno
EMS (
MF ).
dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
(E Ө ) se odre ñ uje
mjerenjem razlike elektrodnog potencijala galvanskog č lanka u kojem je jedan polu č lanak elektroda mjernog redoks sustava, a drugi polu č lanak standardna vodikova elektroda ( referentna elektroda ). Standardna vodikova
elektroda ima
dogovorom elektrodni potencijal nula uz [H
+ ] = 1 mol dm − 3
E Θ (H + |1/2H
2 ) = 0,00 V. 20 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Dogovorom je odre ñ eno i da se standardni elektrodni potencijal odnosi na redoks sustav napisan u obliku: oksidirani oblik/ reducirani oblik. Npr.
Θ = - 0,763 V. Tako
ñ er, dogovorom, galvanski č lanak se prikazuje sljede ć
Zn 2+ /Zn Zn(s) ZnSO
4 (aq)
CuSO 4 (aq) Cu(s) anoda katoda granica faza polupropusna membrana-
dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
č je ionski vodi č č iji ioni ne sudjeluju u reakcijama na elektrodama. On uravnotežuje naboje u otopini i elektri č ki povezuju elektrode. Na katodi se u prikazanom elektrodnom sustavu zbiva redukcija , a na
anodi oksidacija . Razlika elektrodnih potencijala ⇒
č lanka (EMF) jednaka je razlici elektrodnih potencijala katode i anode:
Θ MF = E k - E a .
21 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Zn(s)
Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu(s) E Θ = - 0,763 V E Θ = 0,340 V Zn 2+ /Zn Cu 2+ /Cu E Θ MF = E k - E a = 0,340 - (- 0.763) = 1,103 V Zn(s) →
2+ (aq) + 2e – Cu
(aq) + 2e – → Cu(s) Zn(s) + Cu 2+ (aq)
→ Zn 2+ (aq) + Cu(s) katoda anoda red
1 → oks 1 + 2e
– oks
2 + 2e
– → red 2 red
1 + oks
2 → oks 1 + red
2 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Što je standardni elektrodni potencijal ( tzv. redoks potencijal )
to je tvar
, a što je negativniji to je
ja č e redukcijsko sredstvo . Redoks polureakcije svrstane su u tzv. elektrokemijski niz ili
Voltin niz ( A. Volta ) prema rastu ć im standardnim elektrodnim potencijalima. U tablici elektrokemijskog niza
su sve
polureakcije u polu č lancima
uvijek dogovorom napisane kao redukcija. 22 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
Standardni elektrodni potencijali ovise o materijalu elektrode, efektivnoj koncentraciji iona u otopini i temperaturi.
Primjena galvanskih č lanaka:
baterije (ireverzibilni galvanski č lanci)
akumulatori (reverzibilni galvanski č lanci).
23 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
č lanak (elektrolitska ć elija) je ure ñ aj koji se sastoji od dviju elektroda uronjenih u elektrolit, a na elektrodama koje su priklju č ene na izvor istosmjerne struje dolazi do reakcije oksidacije i redukcije −
.
č lanku
nisu spontane .
dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Spontani proces K (
+ ) A( - )
č lanak Zn/Cu Zn se otapa Oksidacija Redukcija Oksidacija Redukcija Zn se taloži A( + ) K( - ) Cu se taloži Cu se otapa + - (s narinutim naponom U > E MF č lanka) Elektroliza – razlaganje tvari pod utjecajem elektri č ne struje Nespontani proces ⇒
-
K(-): Zn
2+ (aq) + 2e − →
A(+) : Cu(s) → Cu 2+ (aq) + 2e − A(-): Zn(s) → Zn 2+ (aq) + 2e − K(+) : Cu 2+ (aq) +2e
− → Cu(s) 24 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Na elektrodama uvijek dolazi do reakcije za koje je potrebna manja energija. Primjer:
elektroliza vodene otopine natrijevog klorida uz grafitne elektrode (inertne). Ioni u otopini: Na + , Cl − , H + , OH
− A(+) K(-) dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Mogu
ć e reakcije na anodi (+): 2Cl −
→ Cl 2 (g) + 2e − 4OH − (aq)
→ O 2 (g) + 2H 2 O + 4e − Mogu
ć e reakcije na katodi (-): Na +
− → Na(s) 2H 2 O(l) + 2e− → H 2 (g) + 2OH − (aq) K(-): 2H 2 O(l) + 2e − →
2 (g) + 2OH − (aq) A(+): 2Cl − (aq) →
2 (g) + 2e − E Θ = + 1,36 V Ioni u otopini: Na + , Cl − , H
+ , OH
− E Θ = + 0,40 V E Θ = - 2,71 V E Θ = - 0,83 V 25 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Svi metali koji se u elektrokemijskom nizu nalaze “iznad vodika”, tj. imaju E Θ
č ivo
elektrolizom talina njihovih soli: Li, Na, K..., Be, Ca, Mg, Al itd.
→
2 (g ) + 2OH − (aq) A(+): 2Cl − (aq)
→ Cl 2 (g) + 2e − Produkti elektrolize vodene otopine NaCl:
K(-): 2Na + + 2e − →
) A(+): 2Cl − (aq)
→ Cl 2 (g) + - 2e − Produkti elektrolize taline NaCl:
dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju Prvi Faraday-ev zakon elektrolize Masa izlu č ene tvari na elektrodi pri procesu elektrolize proporcionalna je koli č ini naboja (elektriciteta) koji je prošao kroz elektrolitsku ć eliju .
Q =
· z · F ⇒
= · F · z
Q – koli č ina elektriciteta (C = A s) I – jakost struje (A) t – vrijeme elektrolize (s) z – broj elektrona primljen ili otpušten na elektrodi potreban da bi se izlu
č io 1 mol tvari Primjer: 4OH − (aq) → O 2 (g) + 2H 2 O(l) + 4e − ;
M M M M z z z z
F F F F t t t tIIII mmmm ⋅ ⋅ = M m M m 26 dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
predstavlja koli č inu naboja koja je sadržana u 1 molu elektrona. = množina elektriciteta koju prenosi 1 mol elektrona F = N A · e = 6,022 · 10 23 mol
− 1 · 1,6022 · 10 − 19 C = 96 485 C mol − 1 . dr.sc. M. Cetina, doc. Tekstilno-tehnološki fakultet, Zavod za primijenjenu kemiju
. Uz jednake koli č ine elektriciteta prilikom elektrolize dvaju serijski spojenih elektrolitskih ć elija razli č itih tvari vrijedi: Tada je
masa izlu
č enih
tvari jednak
omjeru ekvivalentnih masa (
) tih tvari, tj.
.
Q 1 = Q 2 ⇒
1 ·
1 · F = n 2 ·
2 ·
⇒ n 1 · z 1 = n 2 · z 2 Download 1.37 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|