ההבדל העיקרי - תא אלקטרוכימי מול תא אלקטרוליטי

אלקטרוכימיה כוללת את לימוד התנועה של אלקטרונים במערכות שבהן מתרחשים תהליכים כימיים. כאן ניתן להשתמש בתגובות כימיות ליצירת זרם חשמלי או שניתן להשתמש בזרם חשמלי כדי להקל על התרחשות תגובה כימית לא ספונטנית. בשתי הדרכים, המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיה כימית או ההפך מזה תתרחש. המערכות בהן מתרחשות המרות אלו ידועות בתור תאים או, ליתר דיוק, תאים אלקטרוכימיים. ישנם שני סוגים של תאים אלקטרוכימיים המכונים תאים וולטאיים ותאים אלקטרוליטיים. ההבדל העיקרי בין תא אלקטרוכימי לתא אלקטרוליטי הוא זה תא אלקטרוכימי אינו זקוק לזרם חיצוני כלשהו לפעולה ואילו תאים אלקטרוליטיים זקוקים לזרם חיצוני כדי לפעול.

אזורי מפתח מכוסים

1. מהו תא אלקטרוכימי - הגדרה, מאפיינים, איך זה עובד 2. מהו תא אלקטרוליטי - הגדרה, מאפיינים, איך זה עובד 3. מה ההבדל בין תא אלקטרוכימי לתא אלקטרוליטי - השוואה בין הבדלים מרכזיים

מונחי מפתח: אנודה, קתודה, תא אלקטרוכימי, אלקטרוליזה, תא אלקטרוליטי, תא גלווני, חמצון, הפחתה, תא וולטאי

מהו תא אלקטרוכימי

תא אלקטרוכימי הוא מערכת שיכולה לייצר אנרגיה חשמלית באמצעות תגובות כימיות ספונטניות. התגובות הכימיות המעורבות בתהליך זה נקראות תגובות חמצון. תגובות חמצון מתרחשות באמצעות העברת אלקטרונים בין מינים כימיים. תגובת חמצון כוללת שתי מחצית תגובות: תגובת חמצון ותגובת הפחתה. תגובת החמצון תמיד משחררת אלקטרונים למערכת ואילו תגובת ההפחתה לוקחת אלקטרונים מהמערכת. לכן שתי התגובות למחצה מתרחשות בו זמנית.

תאים אלקטרוכימיים נמצאים בשני סוגים, כתאים וולטאיים (גלווניים) ותאים אלקטרוליטיים. תא אלקטרוכימי מורכב משני מחצי תאים. חצי התגובות מתרחשות בשני חצי תאים. התגובות הכימיות המתרחשות בתא זה גורמות להצטברות של הבדל פוטנציאלי בין שני תאים חצי.

חצי תא צריך להיות מורכב מאלקטרודה ואלקטרוליט. לכן, תא אלקטרוכימי שלם מורכב משתי אלקטרודות ושני אלקטרוליטים; לפעמים שני החצי תאים עשויים להשתמש באותו אלקטרוליט. אם יש שימוש בשני אלקטרוליטים שונים, יש להשתמש בגשר מלח על מנת לשמור על הקשר בין האלקטרוליטים. זה נעשה על ידי מעבר למעבר של יונים דרך גשר המלח. האלקטרונים זורמים מחצי תא לשני דרך מעגל חיצוני. שתי האלקטרודות נקראות אנודה וקתודה.

תגובות החמצון וההפחתה מתרחשות בשתי אלקטרודות בנפרד. תגובת החמצון מתרחשת באנודה ואילו תגובת ההפחתה מתרחשת בקתודה. לכן, אלקטרונים מיוצרים באנודה והם עוברים מאנודה לקתודה דרך המעגל החיצוני. גשר המלח עוזר לשמור על המערכת ניטרלית (חשמלית) על ידי העברת יונים דרכה על מנת לאזן את המטענים החשמליים.

הבה נבחן את התא האלקטרוכימי הבא.

איור 1: תא אלקטרוכימי

כאן האנודה היא האלקטרודה Zn (אבץ) והקטודה היא האלקטרודה Cu (נחושת). תגובת החמצון מתרחשת באלקטרודת ה- Zn. שם, ה- Zn המתכתי מתחמצן ל- Zn⁺² יונים. האלקטרונים המשוחררים מועברים דרך החוט החיצוני. הופק Zn⁺² יונים משתחררים לתמיסה. לכן, האלקטרודה Zn תתמוסס עם הזמן. תגובת ההפחתה מתרחשת ליד הקתודה. הקתודה היא אלקטרודה Cu. שם, האלקטרונים המגיעים מהמעגל החיצוני נלקחים על ידי ה- Cu²⁺ יונים בתמיסה והם מצטמצמים למתכת Cu. לכן המסה של אלקטרודת ה- Cu תגדל עם הזמן. ניתן למדוד את זרימת האלקטרונים בחוט החיצוני כזרם החשמלי המופק מתגובת החמצון. זהו המבנה הטיפוסי של תא אלקטרוכימי.

תגובות

Zn_(ים) → Zn⁺²_(aq) + 2e

Cu⁺²_(aq) + 2e → Cu_(ים)

מהו תא אלקטרוליטי

תא אלקטרוליטי הוא סוג של תא אלקטרוכימי שבו ניתן להשתמש באנרגיה חשמלית כדי לגרום לתגובה כימית. במילים אחרות, יש לספק את האנרגיה החשמלית ממקור חיצוני. אז ניתן להתחיל תגובה לא ספונטנית. תאים אלקטרוליטיים משמשים לרוב לאלקטרוליזה של תרכובות.

תא אלקטרוליטי מורכב גם מתכות מוצקות כאלקטרודות. ישנן שתי אלקטרודות המחוברות למעגל חיצוני. אלקטרודה אחת פועלת כאנודה ואילו השנייה פועלת כקטודה. תגובת החמצון תתרחש באנודה ותגובת ההפחתה תתרחש בקתודה.

אספקת האנרגיה החשמלית החיצונית (מהסוללה המחוברת לשתי האלקטרודות) מספקת זרימת אלקטרונים דרך הקתודה. אלקטרונים אלה נכנסים לאחר מכן לפתרון האלקטרוליטי. לאחר מכן, הקטיונים בתמיסה מתאספים סביב הקתודה ומקבלים אלקטרונים המגיעים דרך הקתודה. לכן, קטיונים אלה מצטמצמים בקתודה. האלקטרונים בקתודה דוחים אניונים בתמיסה. אניונים אלה נודדים לכיוון האנודה. שם האניונים האלה משחררים אלקטרונים ומתחמצנים. לכן לאנודה יש ​​מטען חיובי ולקטודה מטען שלילי.

הבה נבחן את הדוגמה הבאה.

איור 2: אלקטרוליזה של פתרון כלוריד נחושת

בתא האלקטרוליטי לעיל, הסוללה מספקת אלקטרונים לקתודה ול- Cu⁺² יונים מתאספים סביב הקתודה כדי לקחת את האלקטרונים מהקתודה. ואז ה- Cu⁺² היונים מצטמצמים למתכת Cu ומופקדים על הקתודה. ואז Cl^– יונים נודדים לכיוון האנודה ומשחררים את האלקטרון העודף שיש להם. שם, החמצון של Cl^– מתרחש ויוצר Cl_{2 (ז)}.

תגובות

2Cl^–_(aq) → Cl_{2 (ז)} + 2e

Cu⁺²_(aq) + 2e → Cu_(ים)

ההבדל בין תא אלקטרוכימי לתא אלקטרוליטי

הַגדָרָה

תא אלקטרוכימי: תא אלקטרוכימי הוא מערכת שיכולה לייצר אנרגיה חשמלית באמצעות תגובות כימיות ספונטניות.

תא אלקטרוליטי: תא אלקטרוליטי הוא סוג של תא אלקטרוכימי שבו ניתן להשתמש באנרגיה חשמלית ליצירת תגובה כימית.

המרת אנרגיה

תא אלקטרוכימי: בתא אלקטרוכימי, אנרגיה כימית הופכת לאנרגיה חשמלית.

תא אלקטרוליטי: בתא אלקטרוליטי, אנרגיה חשמלית מומרת לאנרגיה כימית.

זרם חיצוני

תא אלקטרוכימי: תאים אלקטרוכימיים אינם זקוקים למקורות אנרגיה חשמליים חיצוניים.

תא אלקטרוליטי: תאים אלקטרוליטיים זקוקים למקורות אנרגיה חשמליים חיצוניים.

תגובה כימית

תא אלקטרוכימי: בתאים אלקטרוכימיים מתרחשות תגובות כימיות ספונטניות.

תא אלקטרוליטי: בתאים אלקטרוליטיים מתרחשות תגובות כימיות לא ספונטניות.

אלקטרודות

תא אלקטרוכימי: בתא אלקטרוכימי האנודה שלילית והקטודה חיובית.

תא אלקטרוליטי: בתא אלקטרוליטי האנודה חיובית והקטודה שלילית.

תנועת אלקטרונים

תא אלקטרוכימי: אלקטרונים מועברים מאנודה לקתודה בתאים אלקטרוכימיים.

תא אלקטרוליטי: אלקטרונים מועברים מהסוללה לקתודה ואז האלקטרונים נכנסים לאנודה דרך הפתרון האלקטרוליטי בתאים אלקטרוליטיים.

סיכום

תא אלקטרוליטי הוא סוג של תא אלקטרוכימי. לכן התא האלקטרוליטי מורכב מכל המרכיבים שיש לתא אלקטרוכימי טיפוסי. הן תאים אלקטרוכימיים והן תאים אלקטרוליטיים כוללים את זרימת האלקטרונים דרך המערכת. עם זאת, בתאים אלקטרוכימיים מתרחשות תגובות כימיות ספונטניות ואילו תגובות כימיות לא ספונטניות מתרחשות בתאים אלקטרוליטיים. זהו ההבדל בין תא אלקטרוכימי לתא אלקטרוליטי.

הפניות:

1. ” תא אלקטרוכימי. " ויקיפדיה. קרן ויקימדיה, 24 ביולי 2017. אינטרנט. זמין פה. 26 ביולי 2017. 2. "תאים אלקטרוליטיים". כימיה LibreTexts. Libretexts, 21 ביולי 2016. אינטרנט. זמין פה. 26 ביולי 2017.

באדיבות התמונה:

1. "תא אלקטרוכימי" מאת Siyavula Education (CC BY 2.0) באמצעות פליקר