الکتروشیمی

«الکتروشیمی»

الکتروشيمي

الکتروشیمی شاخه‌ای از شیمی‌فیزیک است که به بررسی واکنش‌های شیمیایی می‌پردازد که در اثر عبور جریان الکتریکی انجام می‌شوند و یا انجام یافتن آن‌ها سبب ایجاد جریان الکتریکی می‌شود. مباحث اصلی آن عبارت‌اند از:

• اکسایش – کاهش
• سلول گالوانی (که پیل الکتروشیمیایی و خوردگی را نیز در بر می‌گیرد)
• برق‌کافت (که آبکاری، پالایش الکتریکی فلزها و تهیهء مواد به روش برق‌کافت را نیز در بر می‌گیرد)

اکسایش-کاهش

واکنشی است که در آن دست کم عدد اکسایش یک عنصر تغییر می‌کند.

سلول گالوانی

سامانه‌ای است که در آن واکنش اکسایش-کاهش انجام می‌شود و انتقال الکترون این واکنش از راه یک مدار صورت می‌گیرد تا بخش بزرگی از انرژی اکسایش-کاهش به شکل انرژی الکتریکی در اختیار باشد.

برق‌کافت

فرایند تجزیه شدن یک الکترولیت مذاب یا محلول الکترولیت در اثر عبور جریان برق برق‌کافت (الکترولیز) نام دارد.

رسانش فلزي:

جريان الکتريکي، جاري شدن بار الکتريکي است. در فلزات، اين بار بوسيله الکترونها حمل می‌شود و اين نوع رسانش الکتريکي، رسانش فلزي ناميده می‌شود. با بکار بردن يک نيروي الکتريکي که توسط يک باتري يا هر منبع الکتريکي ديگر تامين می‌گردد، جريان الکتريکي حاصل می‌شود و براي توليد جريان الکتريکي، يک مدار کامل لازم است. تشبيه جريان الکتريسيته به جريان يک مايع، از قديم متداول بوده است. در زمانهاي گذشته، الکتريسيته به‌صورت جرياني از سيال الکتريکي توصيف می‌شد.
قراردادهاي قديمي که سابقه آنها ممکن است به “بنجامين فرانکلين” برسد و پيش از آن که الکترون کشف شود، مورد پذيرش بوده است، بار مثبتي به اين جريان نسبت می‌دهد. ما مدارهاي الکتريکي را با حرکت الکترونها توجيه خواهيم کرد. اما بايد به خاطر داشت که جريان الکتريکي بنا به قرارداد بطور اختياري مثبت و به صورتي که در جهت مخالف جاري می‌شود، توصيف می‌گردد.

جريان الکتريکي برحسب آمپر (A) و بار الکتريکي برحسب (C) کولن اندازه گيري می‌شود. کولن، مقدار الکتريسيته است که در يک ثانيه با جريان 1 آمپر از نقطه‌اي می‌گذرد: 1C = 1A.S و 1A = 1C/S . جريان با اختلاف پتانسيل الکتريکي که بر حسب ولت اندازه گيري می‌شود، در مدار رانده می‌شود. يک ولت برابر يک ژول بر کولن است. 1V = 1J/C يا 1V.C = 1J . يک ولت لازم است تا يک آمپر جريان را از مقاومت يک اهم بگذراند. I=ε/R يا ε=IR

رسانش الکتروليتي:

رسانش الکتروليت، هنگامي صورت می‌گيرد که يونهاي الکتروليت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در اين مورد، يونها هستند که بار الکتريکي را حمل می‌کنند. به همين دليل است که رسانش الکتروليتي، اساس توسط نمکهاي مذاب و محلولهاي آبي الکتروليتها صورت می‌گيرد. علاوه بر اين، براي تداوم جريان در يک رساناي الکتروليتي لازم است که حرکت يونها با تغيير شيميايي همراه باشد. منبع جريان در يک سلول الکتروليتي، الکترونها را به الکترود سمت چپ می‌راند.

بنابراين می‌توان گفت که اين الکترود، بار منفي پيدا می‌کند. اين الکترونها از الکترود مثبت سمت راست کشيده می‌شوند. در ميدان الکتريکي که بدين ترتيب بوجود می‌ايد، يونهاي مثبت يا کاتيونها به طرف قطب منفي يا کاتد و يونهاي منفي يا آنيونها به طرف قطب مثبت يا آند جذب می‌شوند. در رسانش الکتروليتي، بار الکتريکي بوسيله کاتيونها به طرف کاتد و بوسيله آنيونها که در جهت عکس به طرف آند حرکت می‌کنند، حمل می‌شود.

براي اين که يک مدار کامل حاصل شود، حرکت يونها بايد با واکنشهاي الکترودي همراه باشد. در کاتد، اجزاي شيميايي معيني (که لازم نيست حتما حامل بار باشند) بايد الکترونها را بپذيرند و کاهيده شوند و در آند، الکترونها بايد از اجزاي شيميايي معيني جدا شده، در نتيجه آن، اجزا اکسيد شوند. الکترونها از منبع جريان خارج شده، به طرف کاتد رانده می‌شوند.

عوامل موثر بر رسانش الکتروليتي

رسانش الکتروليتي به تحرک يونها مربوط می‌شود و هر چند که اين يونها را از حرکت باز دارد، موجب ايجاد مقاومت در برابر جريان می‌شود. عواملي که بر رسانش الکتروليتي محلولهاي الکتروليت اثر دارند، عبارتند از: جاذبه بين يوني، حلال پوشي يونها و گرانروي حلال. انرژي جنبشي متوسط يونهاي ماده حل شده با افزايش دما زياد می‌شود و بنابراين مقاومت رساناهاي الکتروليتي، بطور کلي با افزايش دما کاهش می‌يابد. يعني رسانايي زياد می‌شود. به‌علاوه، اثر هر يک از سه عامل مذکور با زياد شدن دما کم می‌شود.

الکتروليز (برقکافت):

الکتروليز يا برقکافت سديم کلريد مذاب، يک منبع صنعتي تهيه فلز سديم و گاز کلر است. روشهاي مشابهي براي تهيه ديگر فلزات فعال، مانند پتاسيم و کلسيم بکار می‌روند. اما چنانکه بعضي از محلولهاي آبي را برقکافت کنيم، آب به جاي يونهاي حاصل از ماده حل شده در واکنشهاي الکترودي دخالت می‌کند. از اينرو، يونهاي حامل جريان لزوما بار خود را در الکترودها خالي نمی‌کنند. مثلا در برقکافت محلول آبي سديم سولفات، يونهاي سديم به طرف کاتد و يونهاي سولفات به طرف آند حرکت می‌کنند، اما بار اين هر دو يون با اشکال تخليه می‌شود.

بدين معني که وقتي عمل برقکافت بين دو الکترود بی‌اثر در جريان است، در کاتد، گاز هيدروژن بوجود می‌ايد و محلول پيرامون الکترود، قليايي می‌شود:

واکنش شیمیایی

واکنش شیمیایی (به انگلیسی: Chemical reaction) فرآیندی است که در آن ساختار ذره‌های تشکیل دهندهٔ مواد اولیه دچار تغییر می‌شود؛ یعنی طی آن یک یا چند ماده شیمیایی به یک یا چند ماده شیمیایی دیگر تبدیل می‌شود.

انواع تغییرات مواد

تغییراتی که در واکنشی بر روی مواد واکنش‌دهنده صورت می‌گیرد، بطور کلی به دو نوع تغییرات فیزیکی و شیمیایی تقسیم می‌شوند.

تغییرات فیزیکی

در تغییرات فیزیکی فقط حالت فیزیکی ماده تغییر می‌یابد نه ساختار ذره‌های تشکیل دهنده ماده. بنابراین تغییرات همهٔ حالات ماده مانند ذوب، انجماد، تبخیر، میعان، تصعید و چگالش و همچنین انحلال نمک‌ها و بازها در آب، تغییر فیزیکی هستند.

تغییرات شیمیایی

در تغییرات شیمیایی اتصال اتم‌ها به یکدیگر و آرایش الکترونی آن‌ها در واکنش دهنده‌ها تغییر می‌یابد. البته در یک واکنش شیمیایی، اتم‌ها نه بوجود می‌آیند و نه از بین می‌روند و تنها ترکیب، تجزیه یا بازآرایی می‌شوند. واکنش شیمیایی بیان یک تغییر شیمیایی است که ممکن است با آزاد کردن انرژی به صورت گرما، نور یا صوت همراه باشند و تولید گاز، تشکیل رسوب یا تغییر رنگ در پی داشته باشند.

روی دادن تغییر فیزیکی و تغییر شیمیایی بطور متوالی

مواردی وجود دارد که هر دو تغییر فیزیکی و شیمیایی بر روی یک پدیده، بطور متوالی اتفاق می‌افتند. برای نمونه، با حرارت دادن تکه‌ای قند در لوله آزمایش، ابتدا قند ذوب می‌شود که یک پدیده فیزیکی است. سپس به رنگ قهوه‌ای در می‌آید که نشان‌دهنده شروع تبدیل قند به کربن و یک پدیده شیمیایی است. در ادامه مقداری بخار آب به بالای لوله می‌رسد که نشانه تجزیه قند و ادامه پدیده شیمیایی پیشین است. سپس قطره‌های آب روی دیواره لوله آزمایش پدیدار می‌شود که نشان‌دهنده میعان بخار آب آزاد شده و یک پدیده فیزیکی است. در پایان، در لوله ماده‌ای سیاه رنگ، بی‌مزه و نامحلول در آب (برخلاف قند اولیه) باقی می‌ماند که این ماده ذغال است و با توجه به تغییر رنگ، مزه و حلالیت آن در آب نشان‌دهنده وقوع یک پدیده شیمیایی است.

انرژی شیمیایی

هر نوع پیوندی میان اتم‌های مختلف سازنده مولکول‌های یک جسم، نوعی انرژی در انرژی شیمیایی دارد که مقدار آن به نوع اتم‌ها و نحوه قرار گرفتن آن‌ها در مولکول بستگی دارد. در یک واکنش شیمیایی، در واقع اتصال اتم‌ها به یکدیگر در واکنش‌ها تغییر می‌کند و در نتیجه انرژی شیمیایی فرآورده‌های واکنش با انرژی شیمیایی واکنش‌دهنده‌ها تفاوت پیدا می‌کند.

به عنوان مثال، واکنش گاز کلر با گاز هیدروژن را در نظر بگیریم. گاز کلر از مولکول‌های دو اتمی Cl2 و گاز هیدروژن از مولکول‌های دو اتمی H2 تشکیل شده‌اند. فرآورده واکنش، کلرید هیدروژن HCl خواهد بود که در مقایسه با واکنش‌دهنده، پیوندهای کاملا متفاوتی دارد و از این رو انرژی شیمیایی آنها متفاوت است.

اکنون این پرسش پیش می‌آید که با توجه به متفاوت بودن انرژی شیمیایی فرآورده‌ها و واکنش‌دهنده‌ها و قانون پایستگی انرژی، این اختلاف انرژی چطور ظاهر می‌شود؟

تغییرات گرماگیر و تغییرات گرمازا

مطابق قانون پایستگی انرژی در هر واکنش باید انرژی کل ثابت بماند. بنابراین در واکنش‌ها، اختلاف انرژی میان فرآورده‌ها و واکنش‌دهنده‌ها به صورت گرما ظاهر می‌شود. از این رو، واکنش‌هایی نظیر واکنش‌های سوختن متان که با تشکیل کلرید هیدروژن در آن‌ها، سطح انرژی فرآورده‌های واکنش از مواد واکنش‌دهنده پایین‌تر باشد، به علت تولید انرژی گرمایی، گرمازا می‌گوییم و در مقابل واکنش‌هایی که در آنها سطح انرژی شیمیایی فرآورده‌ها بیشتر از واکنش‌دهنده‌ها باشد، واکنش‌های گرماگیر نامیده می‌شوند و برای انجام چنین واکنشی باید مقداری گرما به اجزای واکنش‌دهنده داده شود، مانند تجزیه کردن کلرید آمونیوم جامد که با گرم کردن، به دو گاز آمونیاک و کلرید هیدروژن تبدیل می‌شود.

استوکیومتری

فرمول شیمیایی مواد

اگر ماده مرکب از مولکولها ساخته شده باشد، فرمول مولکولی، عده دقیق هر نوع اتم موجود در یک مولکول را بدست می‌دهد. اگر ماده مرکب از یونها ساخته شده باشد، فرمول با استفاده از ساده‌ترین نسبت عدد صحیح یونهای موجود در یک بلور ماده مرکب نوشته می‌شود. بعضی از عناصر و مواد نیز وجود دارند که نه مولکولی‌اند و نه یونی هستند؛ مثلا در الماس، تعداد زیادی اتمهای کربن در یک الگوی بلوری سه‌بعدی، با شبکه ای از پیوندهای مشابه با پیوندهایی که در مولکولها یافت می‌شوند، به هم متصل شده‌اند و همچنین فلزات، ساختارهایی دارند که در آنها تعداد زیادی اتم با پیوندهایی به نام پیوندهای فلزی به هم متصل شده‌اند.

اصول استوکیومتری

اصول استوکیومتری درباره واکنشهای شیمیایی از معادلات شیمیایی واکنشها استخراج می‌شوند. معادلات شیمیایی نماینگر واکنشهای شیمیایی هستند با نمادها و فرمولهای عناصر و مواد مرکبی که در این واکنشها در گیرند. تفسیر استوکیومتری یک معادله شیمیایی بر مبنای مول استوار است.

مول

یک مول از یک عنصر شامل عدد آووگادرو اتم از آن عنصر است و جرمی با وزن اتمی آن عنصر بر حسب گرم دارد و مقدار عدد آووگادرو عبارت از:6,02 * 10

یک مول از یک ماده مرکب شامل عدد آووگادرو و واحد فرمولی از آن ماده مرکب است و جرمی برابر با وزن فرمولی ( یا اگر ماده مرکب مولکولی است، برابر با وزن مولکولی) آن ماده مرکب بر حسب گرم دارد. با تفسیر فرمولهای مرکب بر حسب مول، ترکیب درصد مواد مرکب را می‌توان بدست آورد و دیگر مسائل استوکیومتری را حل کرد.

ترکیب درصد مواد مرکب

ترکیب درصد یک ماده مرکب از روی فرمول آن ماده مرکب به‌آسانی محاسبه می‌شود. زیروندهای فرمول، عده مولهای هر عنصر در یک مول ماده مرکب را بدست می‌دهد. از این اطلاعات و از وزنهای اتمی عناصر، می‌توانیم عده گرمهای هر عنصر موجود در یک مول ماده مرکب را بدست آوریم. درصد یک عنصر معین، 100 برابر جرم آن عنصر تقسیم بر جرم مول ماده مرکب است. ترکیب درصد یک ماده مرکب در بسیاری مواقع بوسیله تجزیه شیمیایی معین می‌شود. سپس این داده‌ها می‌تواند برای یافتن فرمول تجربی یک ماده مرکب بکار آید.

استوکیومتری و زندگی

یکی از کاربردهای استوکیومتری در صنایع خودروسازی است. طراحان خودرو از استوکیومتری برای افزایش ایمنی و بازده موتور خودروها و کاهش آلودگی محیط زیست استفاده می کنند . در واقع ، افزایش ایمنی با به کار بردن کیسه های هوا و بازده بالای ناشی از بهسوزی سوخت ، آن هم با کمترین اثرهای تخریبی روی محیط زیست ، به رعایت اصول استوکیومتری وابسته است .

اسید

کلمه «اسید» (به انگلیسی:acid) از واژه لاتین acidus به معنای «ترش مزه» آمده‌است. تعاریف گوناگونی برای اسید و باز وجود دارد، از جمله تعاریف آرنیوس، لوری-برونستد و لوییس.

اسیدها موادی ترش مزه اند خاصیت خورندگی دارند شناساگرها را تغییر رنگ می‌دهند و بازها را خنثی می‌کنند.

بازها موادی با مزهٔ گس-تلخ اند حالتی مانند صابون در تماس با دست دارند دارند شناساگرها را تغییر رنگ می‌دهند و اسیدها را خنثی می‌کنند.

قدرت اسیدها و بازها

در این مطلب می خواهیم بدانیم به طور کلی، قدرت اسیدها و بازها چگونه تعیین می شود و این موضوع چه تأثثیری در انجام واکنش ها و نتایج آن ها دارد.

خواص عمومی اسیدها:

 – با فلزات واکنش می دهند.

– دارای pH پایینی هستند.

– زمانی که فنل فتالئین ( یک شاخص برای تعیین اسید و باز) در حین تیتراسیون به محلول اسیدی اضافه می شود، محلول شفاف باقی می ماند.

تیتراسیون، فرایندی شیمیایی است که مقدار مشخصی از ماده ی اصلی نمونه ی حل شده با افزودن مقدار دقیق و مشخص از یک ماده ی حل شده ی دیگری معین می شود. محلول با غلظت معلوم به تدریج به محلولی که ناشناخته است، اضافه می شود( این کار با استفاده از یک بورت انجام می گیرد که یک لوله آزمایش دراز با دریچه ای در انتهای خود است). این کار تا زمانی انجام می گیرد که به نقطه ی هم ارزی (نقطه ی پایان) برسد. مقدار ماده ی ناشناخته در این حالت می تواند محاسبه شود. نقطه ی هم ارزی با تغییر خاصی معین می شود. به عنوان مثال، از رنگ ماده ی شاخص مانند لیتموس یا خاصیت الکتریکی.

تعادل شیمیایی

تمام فرآیندهای برگشت پذیر، تمایل به رسیدن به یک حالت تعادلی دارند. برای یک واکنش برگشت پذیر، حالت تعادل وقتی برقرار می‌شود که سرعت واکنش رفت برابر با سرعت واکنش برگشت باشد. پیکان دوگانه در حد وسط یک واکنش و معادله شیمیایی، نشانگر این است که می‌توانیم هم در جهت رفت و هم در جهت برگشت معادله را بخوانیم.

عوامل موثر بر تعادل شیمیایی

تمام واکنشهای بر‌گشت پذیر تمایل به رسیدن به حالت تعادل دارند و در یک واکنش برگشت پذیر‌، این تعادل وقتی برقرار می‌شود که سرعت واکنش رفت و برگشت برابر باشند. اما عواملی چند بعد از رسیدن به حالت تعادل، باعث تغییر در شرایط تعادل و سرعت واکنشها می‌شوند. این عوامل را بررسی می‌کنیم.

تهیه شده از اینترنت

فهرست مطالب

الکتروشيمي 1
واکنش شیمیایی 9
انرژی شیمیایی 10
استوکیومتری 14
اصول استوکیومتری 14
فرمول تجربی و فرمول مولکولی 15
وزن مولکولی 16
معادلات شیمیایی 16
فرمول استوکیومتری 17
استوکیومتری و زندگی 20
اسید 23
قدرت اسیدها و بازها 27
تعادل شیمیایی 32
منابع 41

مقاله فوق دارای صفحه مشخصات، تصویر، فهرست مطالب  و 41 صفحه متن (در قالب و ) با رعایت کامل صفحه بندی می باشد. همچنین فونت های کار شده برای متن مقاله  B Yagut(13) و برای تیترهای داخل مقاله B Jadid می باشند.

قیمت این مقاله 3600 تومان می باشد، جهت دریافت کامل متن مقاله (قابل ویرایش) بالای صفحه روی پرداخت و دریافت کلیک کنید

مشاهده فهرست مقالات علمی

نوشته شده در 1 تیر ۱۴۰۱

لطفا پس از بهره مندی از مطالب فوق با نظر گرمت به من انرژی مثبت تزریق کن 🙂