elektroien transferentzia-...
Post on 08-Oct-2019
8 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Elektroien transferentzia-erreakzioak
“ERREDOX” erreakzioak bizitzaren arlo askotan agertzen dira:
Errekuntzak eta arnasketa zelularra
Metal askoren lorpena eta korrosioa
Pilak
ARTEAN ere bai Anselm Kiefer
“Tierra de los dos ríos” (Zweistromland, 1995) Guggenheim Bilbao
OXIDAZIOA: hitzez hitz oxigenoa
irabaztea da.
Ad: Mg(s) + ½ O2(g) → MgO(s)
ERREDUKZIOA: Oxigenoa galtzea da.
Ad: Labegaraietan:
Fe2O3(s) + 3C(s) → 2Fe(s) + 3CO (g)
Atomoen konfigurazio elektronikoei arretaz begiratuta, bi erreakzio hauetan zer gertatzen
den aztertuta:
Mg(s) + ½ O2(g) → MgO(s) [ Mg2+ + O2-]
Mg(s) + Cl2(g) → MgCl2(s) [ Mg2+ + 2Cl-]
Bietan magnesioak gauza bera egin du:
2 elektroi askatu baititu, eta elektroi horiek
oxigenoak eta kloroek hartu dituzte. Honen
arabera oxidazio kontzeptua zabalduz, zera
esango dugu:
1)KONTZEPTU ELEKTRONIKOA
OXIDAZIOA: elektroiak galtzea da.
ERREDUKZIOA: elektroiak irabaztea da.
Bestalde, oxidatu dena, galdutako elektroiei esker, bestearen erredukzioaren eragilea da, beraz, erreduktore izena hartzen du. Alderantziz, erreduzitzen denari oxidatzaile deritzo.
1)KONTZEPTU ELEKTRONIKOA
Oxidazioa eta erredukzioa beti batera gertatzen dira eta ezin bananduzko prozesu osoa ematen dute, “erredox” delakoa, eta elektroien transferentzia-erreakzioa da.
Azido eta baseekin bezalaxe, erredox erreakzio itzulgarrietan oxidatzaile/erreduktore bikote konjokatuak identifika daitezke.
2) OXIDAZIO-ZENBAKIA
Erreduktoreak eta oxidatzaileak identifikatzeko, elementuei arbitrarioki esleitzen zaien zenbakia da.
Atomo batek izango lukeen karga adierazten du baldin eta bere lotura guztiak ionikoak balira.
Beraz, ez du izan behar karga erreala (lotura kobalenteetan) baina batzuetan bat dator benatako kargarekin (ionikoetan)
2) OXIDAZIO-ZENBAKIA
O.Z. esleitzeko arauak:
1. Elementu aske baten o.z. zero da: Na; O2
2. Ioi monoatomikoetan bat dator kargarekin.
3. Hidrogenoarena +1 da, hidruro metalikoetan izan ezik (-1).
4. Oxigenoarena -2 da, peroxidoetan salbu (-1).
5. Alkalinoena +1 eta lurralkalinoena +2 da.
6. Haluroetan, halogenoena -1 da.
2) OXIDAZIO-ZENBAKIA
7. Molekula baten atomoen o.z.-en batura
algebraikoa zero da, eta ioia bada, ioiaren karga da.
+1 x -2
Adibidez : KMn04 (+1)+x+4(-2)=0 → x=+7
x -2
Cr2O7-2 2x+7(-2)=-2 → x=+6
Oxidazioetan o.z. handiagotzen da,
erredukzioetan txikiagotzen da.
2) OXIDAZIO-ZENBAKIA
O X I D A Z I O A
…, -3 , -2 , -1 , 0, +1 , +2 , +3 ,…
E R R E D U K Z I O A
3) ERREDOX DOIKUNTZA: IOI-
ELEKTROIAREN METODOA
Masa eta kargaren kontserbazioan oinarritzen da oxidazioaren eta erredukzioaren erdierreakzioetan; transferitutako elektroiak berdinduz.
Metodoaren pausoak adibide honetan: KMnO4 + H2SO4 + KI → MnSO4 + I2 + K2SO4 + H2O
IOI-ELEKTROIAREN
METODOA
1) Elementuen o.z.-en aldaketak ikusiz oxidatzailea eta erreduktorea identifikatu:
+1+7 –2 +1+6 –2 +1–1 +2 +6 –2 0 +1 +6 –2 +1 –2
KMnO4 + H2SO4 + KI → MnSO4 + I2 + K2SO4 + H2O
2) Ekuazioa era ionikoan idaztea komeni da. Gogoratu horretarako, ur-disoluzioan azidoak, hidroxidoak eta gatzak ionizatzen direla:
IOI-ELEKTROIAREN
METODOA
KMnO4 → K+ + MnO4–
H2SO4 → 2 H+ + SO42–
KI → K+ +I–
MnSO4 → Mn2+ + SO42–
K2SO4 → 2K+ + SO42–
I2 eta H2O ez dira disoziatzen
IOI-ELEKTROIAREN
METODOA
3) Oxidazioaren eta erredukzioaren erdierreakzioak idatzi ur-disoluzioan benetan existitzen diren molekula edo ioiekin:
Oxidazioa: I– → I2
Erredukzioa: MnO4– → Mn2+
IOI-ELEKTROIAREN
METODOA
4) Atomoak (materia) doitu bi erdierreakzioetan H eta O izan ezik: Oxidazioa: 2I– → I2
Erredukzioa: MnO4– → Mn2+
5) H eta O doitu. Ingurune azidoan H+ eta H2O erabiliz, ingurune basikoan OH- eta H2O erabiliz:
Oxidazioa: 2I– → I2
Erredukzioa: MnO4– + 8H+ → Mn2+ + 4H2O
IOI-ELEKTROIAREN
METODOA
6) Karga doitu behar diren elektroiak gehituz bi erdierreakzioetan:
Oxidazioa: 2I– → I2 + 2e-
Erredukzioa: MnO4– + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O
7) Erdierreakzioen artean transferitutako elektroiak berdindu:
Oxidazioa: (2I– → I2 + 2e-) x 5
Erredukzioa: (MnO4– + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O) x 2
IOI-ELEKTROIAREN
METODOA
8) Erdierreakzioak batuz, doitutako ekuazio ionikoa lortu:
10 I– + 2 MnO4– + 16 H+ → 5 I2 + 2 Mn2+ + 8 H2O
9) Erredox prozesuan parte hartzen ez duten ioi eta molekula ikusleak gehituz, doitutako ekuazio molekularra lortu.
2KMnO4+8H2SO4 +10KI → 2MnSO4 +5I2 +6K2SO4 +8H2O
ERREDOX BALORAZIOAK
IOI-ELEKTROIAren metodoaz erredox ekuazioak doitu ondoren kalkulu estekiometrikoak egin datezke.
Kalkuku horietan oinarritzen dira Erredox balorazioak.
Analisi teknika horiek, azido-base balorazioen modura egiten dira bureta erabiliz.
ERREDOX BALORAZIOAK
Balorazioen erlazio estekiometrikoak doiketak adierazitako molen erlazioaren arabera egin daitezke edo Masa baliokide kontzeptua erabiliz;
hau da:
“elektroi mol batekin erreakzionatu duen substantziaren masa da”.
Balk. = Mm / z Mm: Masa molarra ; z: Transferitutako e- molen kopurua
Estekiometrikoki: n balk.(oxidatzaile) = n balk.(erreduktore)
ERREDOX BALORAZIOAK
PERMANGANIMETRIA: Erredox balorazio
arruntenak dira, (KMnO4) oxidatzailea den potasio permanganatoarekin egindakoak.
Ad:
morea kolorgea
GELAXKA edo PILA
ELEKTROKIMIKOAK
Zn(s)-zko barra bat CuSO4(aq) disoluzio batean sartuz gero
hurrengo erredox erreakzio espontaneoa gertatuko da:
Cu2+(aq) + Zn (s) Cu(s) + Zn2+
(aq)
non zinka oxidatzen den, eleltroiak galduz, eta kobrea erreduzitzen den, elektroiak irabaziz:
Oxidazioa: Zn (s) Zn2+(aq) + 2e-
Erredukzioa: Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
PILA ELEKTROKIMIKOAK
Fisikoki banatzen baditugu ontzi ezberdinetan bi erdierreakzio horiek, elektroien transferentzia kanpotik ziurtatuz eroale batekin, korronte elektriko bat lortuko dugu.
Beraz, gelaxka elektrokimikoen muntaia horretan; hau da, pila batean, erredox erreakzio espontaneoaren bitartez korronte elektrikoa lortzen da.
PILA ELEKTROKIMIKOAK
DANIELL pila:
PILA ELEKTROKIMIKOAK
DANIELL pila: (Animazioa)
PILA ELEKTROKIMIKOAK
ELEKTRODO-MOTAK: a) Metalezkoa metal eragile batekin Zn2+ (1M) | Zn(s) b) Metalezkoa metal geldo batekin eta espezieak disolbatuta Pt | Fe3+ (0,1M) , Fe2+ (0,1M)
PILA ELEKTROKIMIKOAK
c) Gasezkoa:
Pt H+ (1M) |H2 (1 atm)
ELEKTRODO-POTENTZIALAK
Pila elektrokimikoaren boltajea edo indar elektroeragilea (i.e.e.) elektrodoen potentzialen arteko diferentzia da (E).
Beraz, elektrodo bakoitzaren potentziala ezagutu beharko genuke.
Horretarako: 1) Elektrodo konkretu bati zero potentzial esleitu baldintza
estandarretan, hidrogenozko elektrodoa, hain zuzen.
Pt H+ (1M) |H2 (1 atm) ; Eº= 0,00 V
2) Pila osatu erreferentziako elektrodoarekin eta interesatzen zaigun elektrodoarekin, bere potentziala neurtzeko.
ELEKTRODO-POTENTZIALAK
Ad: Cu eta Zn elektrodoen potentzialaren neurketa : Erreferentziako hidrogeno-elektrodoarekin pila bana osatuz:
ELEKTRODO-POTENTZIALAK
Cu elektrodoarekin:
Prestaketa Behaketa
Zn elektrodoarekin
Prestaketa Behaketa
ELEKTRODO-POTENTZIALAK
Elektrodoaren potentzial estandarrak (Eº), hitzarmenez, beti ematen dira erredukziorako; beraz, pila batean katodoak balira bezala
ox. + n e- <=> erred. ; Eº
Potentzial positiboak prozesu espontaneoa adierazten du, negatiboak ez-espontaneoa, bere aurkakoa litzateke espontaneoa
ELEKTRODO-POTENTZIALAK
Serie elektrokimikoa: (Ikus 427. orriko taula)
ELEKTRODO-POTENTZIALAK
Aurreko taulan anodoa eta katodoa aukeratuz eta haien potentzialak konbinatuz (anodoarenari zeinua aldatuz) edozein pila baten potentziala ezagutu daiteke: Eºosoa = Eºerredukzio + Eºoxidazio
Eºpila = Eºkatodo - Eºanodo
Elektrodo ezberdinekin pilen funtzionamendua
ELEKTRODO-POTENTZIALAK
KONTZENTRAZIOAREN ERAGINA POTENTZIALEAN:
Pilaren indar elektroeragilea kontzentrazio eta presioen menpe dago. Batzuetan sistemaren baldintzak ez dira estandarrak. Hau da, disoluzioen kontzentrazioak ez dira 1 M edo gasen presioak ez dira 1 atm.
Nernst-en Ekuazioa: baldintza ez-estandar
horietan potentziala kalkulatzeko erabiltzen da,
potentzial estandarrak ezagunetatik abiatuz.
ELEKTRODO-POTENTZIALAK
Nernst-en Ekuazioa: E: pilaren potentziala
Eº: pilaren potentzial estandarra
n: erreakzioan transferitutako elektroi-kopurua
Q: erreakzioaren zatidura; kontzentrazioak eta presioak soilik
ditu espresio honek.
ELEKTROLISIA
Piletan edo gelaxka elektrokimikoetan erredox
erreakzio espontaneoak gertatzen dira.
Baina posible da elektrizitatea erabiltzea kanpotik espontaneoa ez den prozesua
gertatzera behartzeko. Horixe da ELEKTROLISIA, zelula edo gelaxka elektrolitiko batean egiten dena.
ELEKTROLISIA
ELEKTROLISIA
Zelula elektrolitikoak bi elektrodo ditu eta bertan substantzia fundituta edo disolbatuta sartzen da (elektrolitoa). Zelula horiek kanpoko korrente elektriko jarraiaren iturri batekin konektatzen dira.
Bateriak elektroien ponpa gisa funtzionatzen du eta elektroiak elektroi batetik bestera joatera behartzen du elektrolitoan erredox prozesua behartuz.
ELEKTROLISIA
Pilekin berezitasunak:
PILA
zelula elektrokimikoa
ELEKTROLISIA
zelula elektrolitikoa
Erredox erreakzio espontaneoa Erredox erreakzio ez-espontaneoa
Energia elektrikoa sortzen du
erreakzio kimiko batetik abiatuz Energia elektrikotik abiatuz
energia kimikoa sortzen du
Anodoa(-) eta katodoa(+) Anodoa(+) eta katodoa(-)
Elektrodo bananduak (2 upel) Upel elektrolitiko bakarra
Beti oxidazioa anodoan eta erredukzioa katoadoan
ELEKTROLISIA
Gatz funditu baten elektrolisia:
Oxidazioa anodoan (+):
Erredukzioa katodoan (-):
ELEKTROLISIA
Uraren elektrolisia:
Erredukzioa katodoan (-):
Oxidazioa anodoan (+):
Erredox prozesu globala:
ELEKTROLISIA
Elektrolisia ur-disoluzioan: prozesua konplika daiteke lehian sar daitezkeelako
solutuaren ioiak eta ura bera. Kontuan hartu behar da ea ura oxidatzen den (O2 emateko) edo erreduzitzen den
(H2 emateko) solutuaren ioiei gertatu beharrean.
CuSO4(aq)-aren elektrolisia:
Uraren erredukzio-potentziala Cu2+-rena baino txikiagoa da, beraz katodoan Cu(s) lortzen da, anodoan, berriz uraren oxigenoa oxidatzen da O2(g) askatuz:
ELEKTROLISIA
CuSO4(aq)-aren elektrolisia: Erredukzioa katodoan (-): 2Cu2+
(aq) + 4e- → 2Cu(s) ; Eº= +0,34 V
Oxidazioa anodoan (+):
2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) ; Eº= -1,23 V
-------------------------------------------------------------
Erreakzio osoa:
2Cu2+(aq)+2H2O(l) → 2Cu(s)+O2(g)+4H+
(aq) ; Eº= -0,89V
ELEKTROLISIA
Faraday-ren legea: Elektrolisiaren alderdi
kuantitatiboa.
Upel elektrolitiko batetik igaro den elektrizitate-
kantitatea eta askatutako substantzia-kantitatea zuzenki
proportzionalak dira. 1 mol elektroiren karga 96500 C [1 (F) Faraday] da.
Upeletik pasatzen den elektroi kopurua (karga) intentsitatea eta denbora biderkatuz lor daiteke:
Q (Coulomb) = I (Ampere) . t(segundo)
ELEKTROLISIA
Faraday-ren legea: Met metalaren erredukziorako katodoan:
Metn+(aq) + n e- → Met(s) ; estekiometrikoki:
1mol Met(s) lortzeko n mol elektroi behar direnez:
Mm (g) Met(s) <=> n F (Coulomb)
m (g) Met(s) <=> Q(=I.t) (Coulomb) ondorioz:
Mm . I . t
m (g) = ----------------
n . F
ELEKTROLISIA
APLIKAZIOAK:
a) Zenbait substantzia lortzea: Cl2, NaOH
b) Metal puruen lorpena (Al) eta arazketa.
c) Estaldura metalikoak: Zilarreztatuak, kromatuak, urreztatuak…
d) Metalen korrosioa ekiditea: Burdin galbanizatua
ELEKTROLISIA
c) Zilarreztatua: d) Babes katodikoa
(galbanizazioa) korrosioaren aurka
top related