شاخه ای از علم شیمی است که در باره انرژی شیمیایی والکتریکی وتبدیل آنها بهم در وا کنش های شیمیایی بحث می کند.

الف – واکنش ها:ی گرما ده این

در این واکنش ها هنگام انجام مقداری انرژی بصورت گرما آزاد می شود که در محیط اطراف پراکنده می گردد .

این انرژی چون قا بل ذخیره شدن نیست نمی تواند کار برد زیا دی داشته باشد .

مثلا وقتی یک تکه فلز آهن را در محلول  کات کبود قرار می دهیم آهن چون فلز فعال تری است جانشین مس می گردد .

و مس آزاد میشود در اثر انجام این ازمایش مقداری گرما تو لید می گردد.

 Cu SO4+ Fe              Fe SO4+Cu

2+Cu + Fe              Fe2+ +Cu

 اگر این واکنش در یک ظرف انجام شود انتقال الکترون مستقیم صورت می گیرد .

 واکنش بالا شامل دو نیمه واکنش است که بصورت همز مان انجام می شود .

واکنش اکسایش آهن

Fe     -              Fe2+  +2e                                                                              

2+

Cu  +2e             Cu                                                                                                              

                واکنش زیر   از جمع دو واکنش بالا حاصل میشو د

2+          

Cu + Fe                 Fe2+ +Cu

اگر این انتقال بطور غیر مستقیم صورت بگیرد یعنی از طریق یک سیم خارجی در سیم جریان الکتریکی ایجاد می شود .

پیل شیمیایی  ( گا لوانی ) : وسیله  ای است که انرژی شیمیایی را به الکتریکی تبدیل می کند .

اجزاء سازنده پیل شیمیایی :

1 – شامل دو ظرف است که در هر ظرف یک تیغه فلزی در محلول الکترولیت نمک خود قرار دارد ( به هر ظرف نیمه پیل می گویند )

2      -  دو تیغه بوسیله  سیم از خارج بهم وصل است (  هر تیغه در محلول را ا لکترود می گویند )

نقش سیم انتقال دهنده الکترون است  .

برای نشان دادن عبور جریان می توان یک لامپ بر سرراه آن قرار داد

.در پیل های شیمیایی یک واکنش خود بخود در دو ظرف انجام میشود و گرمای حاصل بصورت جریان الکتریکی در

می آید.

3 – محلول دو ظرف بوسیله ای به نام پل نمکی بهم وصل است.

                                                                   پیل شیمیایی مس- روی

آند:تیغه ای است که در آن عمل اکسا یش انجام میشود . قطب منفی پیل است . الکترون وارد سیم و کاتیون وارد محلول

میکند   وارد واکنش می شود و پس از مد تی کاهش جرم دارد

کا تد : تیغه ای است که در آن عمل کاهش انجام می شود قطب مثبت پیل است الکترون را از سیم رابط می گیرد و از محلول کاتیون خارج می کند پس از مد تی افزایش جرم می یابد .

مثلا در پیل بالا مس – روی واکنش های زیر انجام می شود .

                     2+

Zn                 Zn   +2e                         روی الکترون داده و اکسایش یافته است

2+

Cu +  2e               Cu                             مس الکترون می گیرد و کاهش می یابد

اکسنده ( اکسید کننده )  :  گونه  ای است که الکترون می گیرد وکاهش می یابد   کا تیون مس در اینجا اکسنده است .

نا فلزات و کاتیون فلزات می توا نند اکسنده باشند .

کا هنده ( احیاء کننده ) : گو نه ای است که الکترون از دست می دهد و اکسا یش می یابد  روی در بالا کاهنده است .

فلزات می توانند کاهنده باشند .

تذکر1 :  آنیون ها نمی توانند اکسنده باشند فقط کاهنده اند .

2 – فلزات چون الکترون نمی گیرند وفقط می توانند الکترون بدهند پس کاهنده اند .

3- کاتیون های فلزات گروه 2 و1  چون پایدارند فقط اکسنده هستند .

4- کاتیون های عناصر واسطه بابالاترین عدد اکسایش فقط اکسنده اند مانند  Cu 2+   Fe3+   Mn7+ وبا درجه .

اکسایش کوچک خود هم اکسنده و هم کاهنده اند مانند  Cu1+، Fe2+،  Mn4+ .

پل نمکی : وسیله ای است که دو ظرف را بهم ارتباط می دهد و تشکیل شده است از یک لوله U شکل که در آن یک

محلول الکترولیت قرار دارد می توان از یک کاغذ صافی آغشته به محول یک نمک الکترولیت استفاده کرد .

نقش پل نمکی در پیلها :

1 –باعث ارتباط دو محلول می شود 2- باعث خنثی ماندن دو محلول می شود .

اگر  از پل نمکیاستفاده نشود اولا محلول آند مشبت شده و اجازه خروج الکترون را از تیغه نمی دهد و ثانیء محلول اطراف کاتد منفی می شود  (چون یونهای مثبت کاهش یافته )و والکترون های وردی از سیم را دفع می کند به همین علت پس از مدتی پیل از کار می افتد پل نمکی محلولها را خنثی نگه داشته و از این کار جلو گیری می کند .

از طریق پل نمکی آنیونها به آندوکاتیونها به کاتد می روند

جنس محلول پل نمکی نباید طوری انتخاب شود که با نیمه پیلها واکنش دهد .

فلزات فعا ل : این عناصر کاتیون پایدار دارند و وقتی در محلول نمک خود قرار می گیرند تعدادی از کاتیون ها از تیغه وارد محلول می شود در نتیجه تیغه منفی ومحلول مثبت می گردد مانند روی آهن.

فلزات غیر فعال : در این عناصر کاتیونها از محلول وارد منافذ تیغه شده وتیغه مثبت  ومحلول منفی می شود مانند مس .

پتانسیل الکترودی : به اختلاف پتانسیل بین تیغه فلزی و محلول اطراف آن در نیمه پیل ها پتانسیل الکترودی می گویند .

که واحد آ ن ولت است .

پتانسیل الکترودی قابل اندازه گیری نیست به علت اینکه چند ین پتانسیل در نیمه پیل وجود دارد که محاسبه همه آنها

تقریباء غیر ممکن است  به همین علت پتانسیل نیمه پیلها را با استفاده از یک نیمه پیل مرجع حساب می کنند .

الکترود استاندارد هیدروژن : شامل محلول یک مو لار هیدرو کلر یک اسید است وتیغه ای از جنس پلاتین که فقط نقش انتقال الک استاندارد برابر صفر است ترون را دارد و گاز هیدروژن با فشار یک اتمسفر از روی آ ن عبور می کند پتانسیل این الکترود در شرایط استا ندارد برابر صفر است .

.

شرایط استاندارد فشار یک اتمسفر وغلظت یک مولا رودماهای مختلف است .

محلول اسید یک مولار

طریقه اندازه گیری پتانسیل نیمه پیلها :

برای اندازه گیری پتانسیل یک نیمه پیل آ ن را به الکترود هیدروژن وصل می کنند و اختلاف پتانسیل پیل را از روی دستگاه ولت سنج می خوانند سپس آ ند وکاتد را با استفاده از جهت جریان تعیین می کنند و از رابطه زیر پتانسیل نیمه

پیل را حساب می کنند

اگر جهت جریان از طرف هیدروژن باشد هیدروژن آ ند والکترود دیگر کاتد است .

E Zn= Ec_Ea

 0        0        0

 
 
و بر عکس اگر جهت جریان ب طرف هیدروژن باشد هیدروژن کاتد می باشد باید .

در نظر داشت که پتانسیل استاندارد هیدروژن صفراست                                               

اگر بخواهیم پتانسیل الکترودی نیمه پیل روی

را حساب کنیم مطابق شکل زیر نیمه پیل روی

را به الکترود استاندارد هیدروژن وصل می کنیم                   جهت جریان از روی به طرف هیدروژن است پس روی آندوهیدروژن کاتد است .                                           

Eo = - 0.76  V

Zn