Electrochimie si protectie anticorozivaLABORATOR: 28 ORE / SEMESTRUSEMINAR: 14 ORE / SEMESTRU

Aplicatiile Electrochimiei:Baterii, acumulatoriCoroziune si protectie anticorozivaFabricarea industriala a unor compusi chimici: Cl2, F2 , NaOH si AlDepuneri galvaniceExtragerea si rafinarea metalelor: Cu, Zn, NiPile de combustieElectrochimie organica

NOTIUNI INTRODUCTIVE

Conductorii electrici de ordinul I realizeaz transportul electricitii prin deplasarea electronilor (de exemplu metale).Conductorii electrici de ordinul II realizeaz transportul electricitii prin deplasarea ionilor (de exemplu soluii apoase de electrolit).

ElectrodReprezinta interfata (zona de contact) dintre un conductor de ordinul I si un conductor de ordinul II. Se reprezint prin lantul electrochimic, indicand fazele componente de la stnga la dreapta.

M / Mz+(aq) / indic limita de separaie ntre metal i soluia ionilor si.

Exemple de electrozi:Zn / Zn2+Cu / Cu2+Electrodul de zincElectrodul de cupru

Tipuri de electrozi:(a) metal/ioni metalici(b) metal/ sare insolubila a metalului/anionul sarii(c) electrod de gaz(d) electrod redox

Reactii de electrod reprezinta procesele care au loc pe electroziExemple de reactii de electrod reactie de oxidare: M Mz+ + ze- (1) Cl- Cl + e- reactie de reducere: Mz+ + ze- M (2) H+ + e- H

ElectroziANOD electrodul pe care se desfoar o reacie de oxidare (deelectronare), de exemplu reacia (1)

CATOD electrodul pe care se desfoar o reacie de reducere (electronare), de exemplu reacia (2).

Celula electrochimica Prin punerea n contact a doi electrozi se realizeaz o celula electrochimica: // reprezinta contactul dintre cele dou soluii de electrolit. celula de electroliza elementul galvanicSe clasifica in:

Celula de electrolizaTrecerea curentului electric are loc ca urmare a aplicarii unei tensiuni electrice exterioare la cei 2 electrozi.

Celula de electroliza transforma energia electrica in energie chimica.

Elementul galvanic Scurtcircuitarea celor 2 electrozi permite trecerea curentului electric fara actiunea unei surse exterioare de tensiune.

Elementul galvanic transforma energia chimica in energie electrica.

element galvanic - elementul DaniellZn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s) Ecell = 1.103 V

element galvanic- elementul DaniellA (-): Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-C (+): Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)Reactia globala: Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

Potential absolut de electrodLa punerea n contact a dou faze apare o ncrcare reciproc a lor, fapt pentru care la suprafaa de separaie va lua natere un salt de potenial, dat de diferena potenialelor electrice ale celor dou faze.Dac cele dou faze in contact constituie un electrod, diferena 1-2 reprezint potenialul absolut al electrodului, notat cu M-S (sau simplu ).M-S = M - S = 1 - 2 = Se observ c va avea o valoare pozitiv dac faza metalic s-a ncrcat pozitiv fa de faza electrolitic.

Potential relativ de electrodPotenialul absolut de electrod nu se poate calcula si nici determina experimental;S-a adoptat o scar relativ a acestor mrimi, al cror reper (referin) l constituie electrodul standard de hidrogen (ESH) (electrodul normal de hidrogen, la 25C). Potenialele de electrod raportate la acest reper, avnd deci valori relative, se numesc potenialele relative de electrod sau pe scurt poteniale de electrod i se noteaza cu E.

Seria potenialelor standard E

Tensiunea electrica a unui element galvanic, U prin punerea in comun a unui electrod cu un electrod de referinta se obtine un element galvanic

Tensiunea acestui element galvanic este diferena potenialelor electrice ale fazelor terminale; U = E1 - E2

adica diferena potenialelor relative ale celor doi electrozi componeni.

Electrozi de referintaDefinim drept electrod de referin un electrod al crui potenial de electrod are o valoare bine definit i stabil la aciunea unor factori perturbatori nu prea puternici. Astfel, prin determinarea experimentala a tensiunii U i cunoscand potenialului electrodului de referin, se poate calcula potenialul electrodului studiat U = Ex - Eref

Electrozi de referintaESH electrodul standard de hidrogen; E = 0 V

ESC - electrodul saturat de calomel; EESC = 0,243 V

Electrodul de argint/clorura de argint;EAg/AgCl = 0,197 V

Electrodul standard de hidrogenLantul electrochimic:Pt (H2)/ H2 (1 atm), H+ (1.0M) Echilibrul la electrod:2 H+ + 2e- H2Potentialul absolutE0 = 0 V (prin conventie)

Semnul potentialului de electrod este dat de polaritatea observata la instrumentul de masuraEZn/Zn2+ = -0,762 VECu/Cu2+ = +0,354 V

Conventii de semn Definim ca:pozitiv curentul ce transport sarcini pozitive din interiorul fazei metalice n interiorul solutiei (determinat de o reacie de oxidare) negativ curentul ce transport sarcini pozitive n sens invers (determinat de o reacie de reducere).

Procedee experimentale de msurare a mrimilor electrochimice

Msurarea tensiunii

Msurarea curentului

Msurarea tensiuniiOrdinul de mrime al tensiunilor ce urmeaz a se determina n cursul desfurrii proceselor electrochimice se situeaz de obicei n jurul zecilor i sutelor de milivoli, ajungnd rar la 1 V i practic nedepind 2 V. Msurarea tensiunilor n sistemele electrochimice nu se poate face cu ajutorul voltmetrelor obinuite, pe de o parte pentru c ele nu ofer o precizie satisfctoare, dar mai ales din cauza principiului lor de funcionare, care necesit trecerea prin sistem a unui anumit curent, nepermis de mare.

Msurarea tensiuniiTrecerea unor cureni nepermis de mari pentru sistemele electrochimice (de ordinul a 10-4 10-5 A) poate produce deplasarea tensiunii masurate de la valoarea ei de echilibru.

Pentru masurarea tensiunii sistemelor electrochimice se folosesc voltmetre electronice, cu impedanta de intrare mare (1010 1012 V/). Curentul care trece printr-un astfel de voltmetru este prea mic pentru a deplasa tensiunea de la valoarea ei de echilibru.

Msurarea curentuluiCurenii care se cer msurai n cadrul lucrrilor practice de electrochimie acoper un domeniu foarte larg de valori: de la cureni de ordinul zecimilor de microamperi pn la valori de ordinul zecimilor de amperi.

Pentru msurarea curenilor se folosesc - dup caz- microampermetre (numite i galvanometre), indicnd cureni de 10-7 10-6 A/ diviz., sau ampermetre cu mai multe domenii de msur, indicnd cureni de la 10 A pn la 10 A pentru o deviaie total a acului indicator.

Msurarea curentuluiMsurarea mai precis a curentului, - n cazul n care condiiile o permit - se poate face prin intercalarea n circuit a unei rezistene etalon Re, de valoare potrivit, pe care se msoar apoi cderea de tensiune U, cu un milivoltmetru de precizie. I = U /Re

Tipuri de montaje electrochimice (circuite de electroliz) Desfurarea proceselor electrochimice se exprim prin modificarea celor doi parametri interdependeni: intensitate (I) potenial (E). n studiul proceselor electrochimice se menine constant sau se modifica controlat unul din acesti parametri, urmrind apoi modificarea provocat n valoarea celuilalt parametru.

Tipuri de montaje electrochimice (circuite de electroliz)Din acest punct de vedere montajele se mpart n:galvanostatice (cu meninerea constant sau modificarea controlat a intensitii);poteniostatice (cu meninerea constant sau modificarea controlat a potenialului de electrod). Elementele componente ale celor dou tipuri de montaje sunt aceleai:surs de tensiune, rezistene, instrumente de msur; difer doar modul de legare n circuit.

MONTAJUL GALVANOSTATIC SST-surs (stabilizat) de tensiune; mA-miliampermetru; mV-milivoltmetru;R-rezisten variabila (reostat);CE-celula de electroliz ;L-electrodul de lucru;A-electrodul auxiliar;Ref-electrodul de referinta.

MONTAJUL GALVANOSTATIC Tensiunea electric de celul U se masoara intre electrodul de lucru si cel auxiliar cu ajutorul milivoltmetrului mV. Electrodul de referin (Ref) servete la determinarea potenialului de electrod E, cu ajutorul milivoltmetrului mV. Reostatele R permit fixarea i modificarea intensitii curentului la valoarea dorit. Tensiunea electric de celul U, ct i potenialul E vor avea valori variabile n timp.

MONTAJUL POTENIOSTATIC

MONTAJUL POTENIOSTATIC Asigur o tensiune electric de celul constant, indiferent de variaiile de potenial ale electrozilor.

Sursa de tensiune se leag la bornele unui poteniometru, sau la capetele A i B ale unei puni cu fir calibrat. Cderea de tensiune ntre punctele A i C ale poteniometrului (punii) se aplic celulei de electroliz. Prin deplasarea cursorului se poate modifica controlat tensiunea aplicata celulei.

Acest montaj mentine constanta tensiunea electrica de celula, dar nu si potentialul electrodului de lucru.