Úvod do elektrochemie

Základní pojmy

  • Elektrochemie
    • Vědní disciplína, která se zabývá rovnováhami a ději v soustavách obsahujících elektricky nabité částice
  • Oxidace
    • Děj, při kterém atom odevzdává své valenční elektrony, a tak se zvyšuje jeho oxidační číslo
  • Redukce
    • Děj, při kterém atom přijímá valenční elektrony, a tak se snižuje jeho oxidační číslo
  • Oxidační číslo
    • Látka či atom, který je schopen ostatní atomy oxidovat
    • Odebíra jim valenční elektrony, čímž sám sebe redukuje
  • Redukční činidlo
    • Látka či atom, který je schopen ostatní látky redukovat
    • Přidává jim valenční elektrony, čímž se sám oxiduje

Redoxní vlastnosti kovů

  • Různé kovy jsou různě reaktivní
  • Kovy byly empiricky zařazeny do řady reaktivity kovů, do které byl formálně zařazen i vodík

$$\large{ [[Li, K, Ba, Ca, Na], Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe], Cd, Co, Ni, Sn, Pb, \textbf{H}, [Cu, Ag], Hg, Au, Pt}$$

  • Vodík odděluje reaktivní neušlechtilé kovy od kovů ušlechtilých, které jsou méně reaktivní
  • Reakce s vodou
    • Nejreaktivnější kovy, tzn. $Li$ až $Na$, reagují se studenou vodou
    • $Li$ až $Fe$ reagují s horkou vodou nebo s vodní párou
  • Reakce s kyselinami
    • Všechny neušlechtilé kovy reagují s kyselinami za vzniku soli a vodíku
    • $Cu$ a $Ag$ reagují s koncentrovanými kyselinami dusičnou ($HNO_3$) a sírovou ($H_2SO_4$) za vzniku soli, oxidu centrálního atomu kyseliny a vody
      • Nejušlechtilejší kovy s kyselinami nereagují
  • Kov je schopen ze soli vyredukovat všechny kovy, které stojí v řadě reaktivity vpravo od něj!

Galvanické články

  • Ponořením kovu do roztoku jeho soli získáme poločlánek
    • Vodivým propojením dvou poločlánků získáme galvanický článek
    • V galvanickém článku v důsledku průběhu chemické reakce vzniká elektrický proud
  • Galvanický článek včetně rovnic
    • Anoda
      • Elektroda, kde dochází k oxidaci
      • Rozpouští se
        • Uvolňují se atomy z povrchu anody a přecházejí do roztoku ve formě kationtů
    • Katoda
      • Elektroda, kde dochází k redukci
      • Zvětšuje se
        • Na jejím povrchu se vylučují další atomy kovu, které vznikly redukcí kationtů z roztoku
  • Počet přijatých a odevzdaných elektronů musí být ve článku vždy stejný
    • => Někdy je třeba celé schéma dorovnat

Napětí článků

  • Čím dál jsou prvky v řadě kovů od sebe tím víc je napětí větší
  • Míra reaktivity článků byla kvantifikována
    • Tato veličina se jmenuje standartní redukční potenciál ($E^0$)
    • Redukční potenciál vodíkové elektrody byl stanoven jako nulový
      • Neušlechtilé kovy mají záporný potenciál, ušlechtilé kladný
      • Čím vyšší má prvek redukční potenciál, tím snadněji se redukuje

  • Můžeme rozhodovat jakým směrem bude probíhat určitá redoxní reakce
    • Reakce probíhá vždy od prvku, co se redukuje k prvku, co se oxiduje

Elektrolýza

  • = Děj, při kterém vlivem průchodu elektrického proudu dochází k chemické reakci (konkrétně k rozkladu soli)