Chimie

EMK, force électromotrice

EMK, force électromotrice


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Avez-vous des difficultés à comprendre l'unité d'apprentissage EMF, force électromotrice ? Ensuite, il vous manque peut-être les bases suivantes :

Bases de l'électrochimie45 minutes.

ChimieChimie physiqueÉlectrochimie

L'unité d'apprentissage transmet les bases de l'électrochimie. Il contient, entre autres, deux visualisations (potentiel électrochimique d'une demi-cellule et double couche électrolytique).


Questions similaires

le "potentiel membranaire" est-il identique à "EMK" (force électromotrice) ?

Bonjour les gens,
Je dois faire une présentation cette semaine sur le thème « Cellule galvanique » (sujet : chimie).
Étant donné que l'autre moitié de la présentation est constituée de questions de l'enseignante et que je n'ai aucune idée de ce qu'elle pourrait me demander, je voulais vous demander si vous avez des idées pour des questions.

Dans la présentation, j'expliquerai l'élément Daniell, la force électromotrice (dans des conditions standard), la tension série et en général la cellule galvanique.

Merci d'avance:)

Quelle force dois-je exercer sur le sol si je tombe avec un poids corporel de 50 kg d'une hauteur de 2 m au sol ?

Comment pouvez-vous calculer cela? Je peux utiliser l'énergie avec mgh calculer, mais comment puis-je obtenir la puissance de cela? La force est dérivée du chemin de l'énergie, n'est-ce pas ? Dois-je faire ça avec ça d'une manière ou d'une autre ?

J'espère que quelqu'un pourra m'aider.

J'ai une question. il y a trois forces : 1. la force de Van-der-Waals 2. La force dipôle-dipôle 3. la liaison hydrogène

Mais la question est, quand puis-je savoir de quelle force il s'agit ? comment le remarquez-vous ? pouvez-vous calculer cela?

ex. : de quelle puissance s'agit-il ? : P (phosphore) plus Br (brome)

comment puis-je voir de quelle force il s'agit? une réponse rapide s'il vous plait ! Je l'ai déjà cherché sur internet mais il décrit quelles sont les forces et non comment vous pouvez calculer de quelle force il s'agit : / merci d'avance ! =)


EMK, force électromotrice - chimie et physique

(Voir Leisi, Classical Physics II [Lei98, pp. 85]) (Voir Tipler, Physik [TM04, pp. 756])

Un champ électrique à l'intérieur d'un conducteur crée un courant. Si ce champ électrique est généré par des charges, le courant résultant équilibre cette charge. En raison de l'influence, les charges de surface sont réarrangées de telle sorte que le courant diminue et finalement disparaisse.

Supposons qu'en fonctionnement stationnaire, il existe une tension entre la bille et la base du générateur van de Graaff. Le champ électrique le long du ruban est alors, en première approximation,

Le travail d'amener une unité de charge à l'hémisphère contre ce champ électrique est de 8

La puissance du moteur, qui sert ici de source de tension, est

Le champ électrique fait le travail dans la résistance par contre dans le temps

C'est la puissance du champ

L'énergie du courant électrique est convertie en chaleur Joule dans la résistance, de sorte que la puissance de la source de chaleur est également

Avec un conducteur ohmique on obtient

Si on teste lentement une charge autour du circuit, le travail effectué est supérieur à zéro. Nous appelons ce travail la force électromotrice de la source d'énergie. On définit donc

Cette force électromotrice 9 est le travail effectué lorsqu'une petite charge est transportée par la source d'alimentation. Dans le cas du générateur van de Graaff, ce travail se compose de deux parties :

    En tout point de la courroie, la force du champ électrostatique est compensée par la force du moteur. Sur cette branche le travail est nul.


EMK, force électromotrice - chimie et physique

3.3 & # x00A0 & # x00A0 Force électromotrice et chaleur Joule

(Voir Leisi, Classical Physics II [Lei98, pp. 85]) (Voir Tipler, Physik [TM04, pp. 756])

Un champ électrique à l'intérieur d'un conducteur crée un courant. Si ce champ électrique est généré par des charges, le courant résultant équilibre cette charge. En raison de l'influence, les charges de surface sont réarrangées de telle sorte que le courant diminue et finalement disparaisse.

Transport de charge dans un générateur van de Graaff court-circuité avec une résistance R.

Supposons qu'en fonctionnement stationnaire il existe une tension U entre la bille et la base du générateur de van de Graaff. Le champ électrique le long de la bande est alors, en première approximation,

(3.1)

Le travail d'amener une unité de charge dQ à l'hémisphère contre ce champ électrique est de 3

(3.2)

La puissance du moteur, qui sert ici de source de tension, est

(3.3)

Le champ électrique fait le travail dans la résistance par contre dans le temps dt

(3.4)

(3.5)

C'est la puissance du champ E

(3.6)

L'énergie du courant électrique est convertie en chaleur Joule dans la résistance, de sorte que la puissance de la source de chaleur est également

(3.7)

Avec un conducteur ohmique on obtient

(3.8)

Si nous faisons un test de charge q 0 lentement autour du circuit, le travail effectué est supérieur à zéro. Nous appelons ce travail la force électromotrice de la source d'énergie. On définit donc

(3.9)

Cette force électromotrice 4 est le travail qui se produit lorsqu'une petite charge q 0 est fourni par la source d'alimentation. Dans le cas du générateur van de Graaff, ce travail se compose de deux parties :

  • En tout point de la courroie, la force du champ électrostatique est compensée par la force du moteur. Sur cette branche le travail est nul.
  • Le travail qui est converti en chaleur Joule dans la résistance.

Expérience pour la conférence : EMF de l'élément Daniell (fiche d'expérience TH-44)


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2005-2013 Université d'Ulm, Othmar Marti, & # x00A0 & # x00A0 informations de licence


Force électromotrice

Si vous pouvez diviser une réaction en deux réactions partielles spatialement séparées, à savoir l'oxydation et la réduction, vous pouvez les diviser sous la forme d'un réaction électrochimique dans un soi-disant cellule électrochimique effectuer. Une cellule électrochimique se compose de deux Électrodes (conducteur métallique ou non métallique), qui sont reliés électriquement entre eux, et une solution d'électrolyte dans laquelle sont immergées les électrodes.

Figure non incluse dans cet extrait

Il existe deux types de cellule électrochimique : la pile galvanique et le Cellule électrolytique. L'exemple le plus connu de cellule galvanique est l'élément Daniell. Ici, une électrode de zinc et une électrode de cuivre sont immergées dans leurs solutions salines, qui sont séparées par une membrane semi-perméable (diaphragme). Les petits anions ne peuvent pas traverser cette cloison poreuse

cependant, les gros cations migrent et assurent ainsi un équilibre de charge. Le cuivre étant plus noble que le zinc, le zinc s'oxyde et se dissout sous forme de Zn2 +, par

électrons restants, l'électrode de zinc est négative. Le cuivre est réduit, donc du cuivre solide est déposé sur l'électrode à partir de la solution de cuivre, qui consomme des électrons et le

L'électrode de cuivre est donc positive par rapport à l'électrode de zinc. Par définition, l'électrode sur laquelle s'effectue l'oxydation est l'anode, celle sur laquelle s'effectue la réduction est la cathode. Par rapport à l'anode, la cathode a une charge positive, ce qui correspond à un potentiel plus élevé.

Au lieu d'un diaphragme, un pont de sel (également appelé clé électrique) est souvent utilisé. Il s'agit généralement d'un tube coudé qui est rempli d'une solution saline concentrée dans un gel et relie ainsi de manière conductrice les deux cellules d'électrolyse.

Dans la cellule d'électrolyse, il n'y a toujours qu'un seul espace d'électrode. Une tension supérieure à la différence de potentiel de la cellule est appliquée aux électrodes. Le travail est effectué sur le système, la réaction endergonique a lieu. Si la tension externe est inférieure à la force électromotrice de la cellule, la réaction exergonique a lieu et le système fonctionne. Les électrons circulent dans le circuit externe, dans l'électrolyte la charge est transportée à l'aide des ions.

Les électrodes sont retirées de l'anode, de sorte que le matériau de l'électrode est oxydé et les cations entrent en solution, tandis que des électrons sont ajoutés à la cathode, ce qui réduit les cations de la solution.

Il existe plusieurs types d'électrodes :

Un métal ou un non-métal en phase solide d'activité 1 est en contact avec une solution de son sel. Le potentiel d'électrode ne dépend que de l'activité de l'ion électrolyte, puisque l'activité de la phase solide dans l'équation de Nernst est par définition 1.

Un métal M est entouré d'une couche poreuse d'un sel insoluble MX et est immergé dans une solution qui contient des ions X -, par exemple une électrode argent/chlorure d'argent. Les ions argent sont précipités par le chlorure et seule une petite quantité de cations reste en solution. La quantité d'argent dissous est déterminée par le produit de solubilité (constant dans les conditions d'essai respectives) et l'activité des anions.

Figure non incluse dans cet extrait

Avec le produit de solubilité L = c

Figure non incluse dans cet extrait

Un autre exemple est l'électrode au calomel. Lorsque du chlorure est ajouté, le mercure tombe sous forme de calomel Hg2Cl2.

Un gaz est en équilibre avec une solution de ses ions. Un métal sert de catalyseur et de conducteur d'électrons. les Électrode normale à hydrogène (NWE) se compose d'une électrode de platine recouverte de platine entourée d'H2, qui est immergée dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration définie (1,153 molaire, alors l'activité est égale à 1 avec f ± = 0,867). Il sert de Électrode de référence pour les mesures de potentiel, c'est pourquoi leur potentiel individuel a été arbitrairement mis à zéro. Si l'on détermine les potentiels de différentes demi-cellules à l'aide de l'ENO, alors ils sont comparables entre eux et permettent de les mettre en place Série de tension.

Un élément existe dans une solution à deux états d'oxydation. Un conducteur métallique inerte établit un contact électrique avec la solution.

Si la CEM doit être mesurée, aucun courant ne doit circuler et aucune réaction ne doit avoir lieu, la cellule doit donc être en équilibre électrochimique. Ainsi, la condition d'une gestion de processus réversible est donnée. Dans des conditions idéales, l'énergie chimique est complètement convertie en travail électrique, c'est pourquoi, en raison de la conservation de l'énergie, ce qui suit s'applique :

∆G = enthalpie de réaction libre de la cellule

Wel = maximum de travail électrique utilisable, réversible et à partir de là :

n = nombre d'électrons transportés par particule

De la dépendance à la concentration et à la température de l'enthalpie libre, il résulte :

Figure non incluse dans cet extrait

d'où par division avec (- n × F) le Équation de Nernst reçoit :

Figure non incluse dans cet extrait

Ici a est l'activité et est le facteur stoechiométrique. L'opérateur produit P est équivalent au signe de sommation S, sauf que les facteurs sont multipliés. L'activité moyenne est liée à la concentration comme suit :

Le coefficient d'activité peut être déterminé à l'aide du Loi limite Debye-Hückel calculer:

Figure non incluse dans cet extrait

Avec z + et z- comme valence des cations et anions de l'ion i et I comme force ionique, qui se définit comme suit :

Figure non incluse dans cet extrait

Figure non incluse dans cet extrait

La loi limite ne s'appliquant exactement qu'à la dilution infinie, la détermination de ∆E0 doit être effectuée à l'aide d'une extrapolation.

Figure non incluse dans cet extrait

En utilisant l'équation de Nernst, les activités et les concentrations peuvent également être déterminées si les autres variables sont connues.

Toutes les méthodes de mesure doivent répondre à la condition mentionnée ci-dessus selon laquelle aucun courant ne peut circuler. Cette exigence peut être satisfaite avec le La méthode de rémunération de Poggendorff prendre conscience de. La cellule reçoit une tension Ua

commuté dans le sens opposé pour qu'il n'y ait plus de courant. Il s'ensuit que la force électromotrice de la cellule doit être égale à la tension appliquée.

À l'aide de cette méthode, des valeurs EMF relativement sans erreur peuvent être déterminées.

L'utilisation d'un voltmètre à haute résistance convient également à ce problème. Les équations suivantes sont pertinentes ici :

avec Ra = résistance interne du voltmètre, résistance externe de la cellule, Ri = résistance interne de la cellule.


EMK, force électromotrice - chimie et physique

EMK = le potentiel électrique d'une cellule galvanique (mesuré en volts), en fonction de la concentration, du type de substance et de la température

CEM standard E⁰ : Tous les réactifs et produits sont dans des états standard :

Exemple : CEM standard : élément Daniell = 1,10 V

2 e⁻ + Zn²⁺ Zn E⁰ = - 0,76 V
2 e⁻ + 2 H⁺ H₂ E⁰ = 0 V
2 e⁻ + Cu²⁺ ⇌ Cu E⁰ = + 0,33V

Cathode : 2 e⁻ + Cu²⁺ ⇌ Cu E⁰ = + 0,33V
Anode : Zn 2 e⁻ + Zn²⁺ E⁰ = - 0,76 V

EMF = E° (cathode) - (E° (anode) = 1.10V

ΔE° = E° (cathode, demi-cellule acceptrice) - E° (demi-cellule anode donneuse)
ΔE° = E° (pôle positif) - E° (pôle négatif)

Aucune électricité ne doit circuler

  • sinon il y aura des changements de concentration
  • en raison de la résistance interne dans la cellule

une tension inférieure est mesurée

a) Potentiomètre : applique une tension opposée à l'élément galvanique (vous n'avez pas besoin de savoir).
b) haute résistance

Enthalpie libre de réaction et CEM

Remarque : Pour le cours de quatre heures uniquement :
ΔG est une mesure du travail maximum qui peut être obtenu (à température constante et pression constante).

n = nombre d'électrons convertis lors de la réaction en mol !
F = constante de Faraday = 96 485 C / mol
[Coulomb est défini comme la charge électrique qui est transportée en une seconde à travers la section transversale d'un fil dans lequel circule un courant électrique de la force d'un ampère : 1 C = 1 A / s]


Cellule galvanique et électrolyse

Une électrode dans une solution d'électrolyte est appelée Demi-cellule. Il est maintenant possible de connecter deux demi-cellules entre elles. Pour cela il vous en faut un conducteur Connexion et un Pont de sel. Une telle structure est appelée élément galvanique. Un exemple d'un tel élément est que élément Daniell. Il se compose d'une demi-cellule en zinc et en cuivre.

La réaction s'effectue volontairement dans un élément galvanique. Il obtient de l'énergie chimique dans Puissance électrique converti. Celui-ci est utilisé sous forme de piles. Cela signifie que l'énergie électrique peut être prise n'importe où.

Une batterie se décharge à l'usage. À un moment donné, la réaction s'arrête et le courant cesse de circuler. Si tu as un batterie vous pouvez le charger maintenant. Cette réaction inverse n'a pas lieu volontairement. Il faut donc forcer. Elles sont appelées électrolyse. En créant un tension électrique si vous inversez la polarité et que les réactions se déroulent dans l'autre sens. Avec l'aide de l'électrolyse, par exemple des métaux de base peut être obtenu sous forme pure. Le processus s'appelle Électrolyse fusion désigné.


Force électromotrice

Si vous pouvez diviser une réaction en deux réactions partielles spatialement séparées, à savoir l'oxydation et la réduction, vous pouvez les diviser sous la forme d'un réaction électrochimique dans un soi-disant cellule électrochimique effectuer. Une cellule électrochimique se compose de deux Électrodes (conducteur métallique ou non métallique), qui sont reliés électriquement entre eux, et une solution d'électrolyte dans laquelle sont immergées les électrodes.

Figure non incluse dans cet extrait

Il existe deux types de cellule électrochimique : la pile galvanique et le Cellule électrolytique. L'exemple le plus connu de cellule galvanique est l'élément Daniell. Ici, une électrode de zinc et une électrode de cuivre sont immergées dans leurs solutions salines, qui sont séparées par une membrane semi-perméable (diaphragme). Les petits anions ne peuvent pas traverser cette cloison poreuse

cependant, les gros cations migrent et assurent ainsi un équilibre de charge. Le cuivre étant plus noble que le zinc, le zinc s'oxyde et se dissout sous forme de Zn2 +, par

électrons restants, l'électrode de zinc est négative. Le cuivre est réduit, donc du cuivre solide est déposé sur l'électrode à partir de la solution de cuivre, qui consomme des électrons et le

L'électrode de cuivre est donc positive par rapport à l'électrode de zinc. Par définition, l'électrode sur laquelle s'effectue l'oxydation est l'anode, celle sur laquelle s'effectue la réduction est la cathode. Par rapport à l'anode, la cathode a une charge positive, ce qui correspond à un potentiel plus élevé.

Au lieu d'un diaphragme, un pont de sel (également appelé clé électrique) est souvent utilisé. Il s'agit généralement d'un tube coudé qui est rempli d'une solution saline concentrée dans un gel et relie ainsi de manière conductrice les deux cellules d'électrolyse.

Dans la cellule d'électrolyse, il n'y a toujours qu'un seul espace d'électrode. Une tension supérieure à la différence de potentiel de la cellule est appliquée aux électrodes. Le travail est effectué sur le système, la réaction endergonique a lieu. Si la tension externe est inférieure à la force électromotrice de la cellule, la réaction exergonique a lieu et le système fonctionne. Les électrons circulent dans le circuit externe, dans l'électrolyte la charge est transportée à l'aide des ions.

Les électrodes sont retirées de l'anode, de sorte que le matériau de l'électrode est oxydé et les cations entrent en solution, tandis que des électrons sont ajoutés à la cathode, ce qui réduit les cations de la solution.

Il existe plusieurs types d'électrodes :

Un métal ou un non-métal en phase solide d'activité 1 est en contact avec une solution de son sel. Le potentiel d'électrode ne dépend que de l'activité de l'ion électrolyte, puisque l'activité de la phase solide dans l'équation de Nernst est par définition 1.

Un métal M est entouré d'une couche poreuse d'un sel insoluble MX et est immergé dans une solution qui contient des ions X -, par exemple une électrode argent/chlorure d'argent. Les ions argent sont précipités par le chlorure et seule une petite quantité de cations reste en solution. La quantité d'argent dissous est déterminée par le produit de solubilité (constant dans les conditions d'essai respectives) et l'activité des anions.

Figure non incluse dans cet extrait

Avec le produit de solubilité L = c

Figure non incluse dans cet extrait

Un autre exemple est l'électrode au calomel. Lorsque du chlorure est ajouté, le mercure tombe sous forme de calomel Hg2Cl2.

Un gaz est en équilibre avec une solution de ses ions. Un métal sert de catalyseur et de conducteur d'électrons. les Électrode normale à hydrogène (NWE) se compose d'une électrode de platine recouverte de platine entourée d'H2, qui est immergée dans une solution d'acide chlorhydrique d'une concentration définie (1,153 molaire, alors l'activité est égale à 1 avec f ± = 0,867). Il sert de Électrode de référence pour les mesures de potentiel, c'est pourquoi leur potentiel individuel a été arbitrairement mis à zéro. Si l'on détermine les potentiels de différentes demi-cellules à l'aide de l'ENO, alors ils sont comparables entre eux et permettent de les mettre en place Série de tension.

Un élément existe dans une solution à deux états d'oxydation. Un conducteur métallique inerte établit un contact électrique avec la solution.

Si la CEM doit être mesurée, aucun courant ne doit circuler et aucune réaction ne doit avoir lieu, la cellule doit donc être en équilibre électrochimique. Ainsi, la condition d'une gestion de processus réversible est donnée. Dans des conditions idéales, l'énergie chimique est complètement convertie en travail électrique, c'est pourquoi, en raison de la conservation de l'énergie, ce qui suit s'applique :

∆G = enthalpie de réaction libre de la cellule

Wel = maximum de travail électrique utilisable, réversible et à partir de là :

n = nombre d'électrons transportés par particule

De la dépendance à la concentration et à la température de l'enthalpie libre, il résulte :

Figure non incluse dans cet extrait

d'où par division avec (- n × F) le Équation de Nernst reçoit :

Figure non incluse dans cet extrait

Ici a est l'activité et est le facteur stoechiométrique. L'opérateur produit P est équivalent au signe de sommation S, sauf que les facteurs sont multipliés. L'activité moyenne est liée à la concentration comme suit :

Le coefficient d'activité peut être déterminé à l'aide du Loi limite Debye-Hückel calculer:

Figure non incluse dans cet extrait

Avec z + et z- comme valence des cations et anions de l'ion i et I comme force ionique, qui est définie comme suit :

Figure non incluse dans cet extrait

Figure non incluse dans cet extrait

La loi limite ne s'appliquant exactement qu'à la dilution infinie, la détermination de ∆E0 doit être effectuée à l'aide d'une extrapolation.

Figure non incluse dans cet extrait

En utilisant l'équation de Nernst, les activités et les concentrations peuvent également être déterminées si les autres variables sont connues.

Toutes les méthodes de mesure doivent répondre à la condition mentionnée ci-dessus selon laquelle aucun courant ne peut circuler. Cette exigence peut être satisfaite avec le La méthode de rémunération de Poggendorff prendre conscience de. La cellule reçoit une tension Ua

commuté dans le sens opposé pour qu'il n'y ait plus de courant. Il s'ensuit que la force électromotrice de la cellule doit être égale à la tension appliquée.

À l'aide de cette méthode, des valeurs EMF relativement sans erreur peuvent être déterminées.

L'utilisation d'un voltmètre à haute résistance convient également à ce problème. Les équations suivantes sont pertinentes ici :

avec Ra = résistance interne du voltmètre, résistance externe de la cellule, Ri = résistance interne de la cellule.