curs-scurt-_-stiinte-aplicate-electrochimie_1.ppt

7/24/2019 curs-scurt-_-stiinte-aplicate-electrochimie_1.ppt

1/36

Introducere in electrochimieIntroducere in electrochimie

Electrochimia se ocupa de interactiunea dintre materie siElectrochimia se ocupa de interactiunea dintre materie sielectricitate, explicand fenomenul electrochimic pe bazaelectricitate, explicand fenomenul electrochimic pe bazaunor legitati din termodinamica, cinetica chimica siunor legitati din termodinamica, cinetica chimica sifizico-chimia solidului.fizico-chimia solidului.

Electrochimia consta din doua parti principale:Electrochimia consta din doua parti principale: ionica - care studiaza aparitia ionilor in solutie siionica - care studiaza aparitia ionilor in solutie si

interactiunile intre ei sau cu alte particule, cu fenomeneleinteractiunile intre ei sau cu alte particule, cu fenomenelede transport ale ionilor (difuzie, migratie, conductie);de transport ale ionilor (difuzie, migratie, conductie);

electrodica - care studiaza interfata solid-solutie: stratulelectrodica - care studiaza interfata solid-solutie: stratuldublu electric, potential de electrod, celule galvanice,dublu electric, potential de electrod, celule galvanice,reactii heterogene de oxido-reducere, surse chimice dereactii heterogene de oxido-reducere, surse chimice deenergie, coroziune si protectie impotriva coroziunii.energie, coroziune si protectie impotriva coroziunii.


2/36

ConductoriConductori de ordinul I si de ordinul IIde ordinul I si de ordinul II

onductorii electrici se impart in conductori de ordinul Ionductorii electrici se impart in conductori de ordinul Isi conductori de ordinul II. onductorii de ordin I suntsi conductori de ordinul II. onductorii de ordin I suntmetalele in stare solida sau topita, la care trecereametalele in stare solida sau topita, la care trecereacurentului electric se realizeaza prin miscareacurentului electric se realizeaza prin miscarea

electronilor liberi de la un atom la altul si nu este insotitaelectronilor liberi de la un atom la altul si nu este insotitade modificari chimice ale materialului.de modificari chimice ale materialului. onductorii de ordinul II sunt solutii de electrolit. Inonductorii de ordinul II sunt solutii de electrolit. In

conductorii de ordinul II transportul curentului electric seconductorii de ordinul II transportul curentului electric serealizeaza prin miscarea ionilor pozitivi si negativi. !erealizeaza prin miscarea ionilor pozitivi si negativi. !enumesc solutii de electrolit, solutiile ce contin ioni pozitivinumesc solutii de electrolit, solutiile ce contin ioni pozitivisi negativi.si negativi. "upa natura lor electrolitii pot fi ionofori sau"upa natura lor electrolitii pot fi ionofori sauionogeni.ionogeni.


3/36

ElectrolitiElectroliti

Electrolitii ionofori, (purtatori de ioni) suntElectrolitii ionofori, (purtatori de ioni) suntsubstante ce in stare solida formeaza retelesubstante ce in stare solida formeaza retelecristaline ionice in care ionii sunt mentinuti incristaline ionice in care ionii sunt mentinuti in

pozitie fixa. #rin dizolvare in apa, ionii sepozitie fixa. #rin dizolvare in apa, ionii sedesprind, si conduc curentul electric.desprind, si conduc curentul electric. "e exemplu: $al,"e exemplu: $al, Electrolitii ionogeni sunt substante in care atomiiElectrolitii ionogeni sunt substante in care atomii

sunt legati in molecule cu legaturi covalente desunt legati in molecule cu legaturi covalente denatura polara, iar ionii sunt generati prin reactiinatura polara, iar ionii sunt generati prin reactiiale acestora cu solventul. "e exemplu acidale acestora cu solventul. "e exemplu acidlactic.lactic.


4/36

Disocierea electroliticaDisocierea electrolitica

%recerea electrolitilor sub forma de ioni mobili%recerea electrolitilor sub forma de ioni mobiliprin dizolvare sau topire se numeste disociereprin dizolvare sau topire se numeste disociereelectrolitica si are loc anterior si independent deelectrolitica si are loc anterior si independent de

trecerea curentului electric.trecerea curentului electric. onstanta de echilibru (onstanta de echilibru (KKee) care caracterizeaza) care caracterizeazadisocierea electrolitica se numeste constanta dedisocierea electrolitica se numeste constanta dedisociere (disociere (KKdd). #entru acizi constanta de). #entru acizi constanta de

disociere se numeste constanta de acidiatatedisociere se numeste constanta de acidiatate((KKa).a). &&''& && &** &&''-- & &''))


5/36

Grad de disociereGrad de disociere

+aportul dintre numarul de molecule disociate in+aportul dintre numarul de molecule disociate inioni si numarul total de molecule dizolvate seioni si numarul total de molecule dizolvate senumeste grad de disociere si se noteaza cunumeste grad de disociere si se noteaza cu ;;

gradul de disociere se poate exprima si ingradul de disociere se poate exprima si inprocente:procente: In functie de gradul lor de disociere, electrolitiiIn functie de gradul lor de disociere, electrolitii

se impart in: electroliti slabi (se impart in: electroliti slabi ( in solutii /,0n in solutii /,0n

si chiar mai diluate), electroliti tari (si chiar mai diluate), electroliti tari (10//),10//),electroliti de tarie mi2locie (/3electroliti de tarie mi2locie (/33).3). +& sunt acizi slabi (exceptie && )+& sunt acizi slabi (exceptie && )


6/36

4egea lui st5ald4egea lui st5ald

&&''& && &** &&''-- & &''

KKdd 1 61 6&&''--7 6&7 6&'' 78 6&78 6&''&76&&76&**77

KKaa 1 61 6&&''--

7 6&7 6&''

78 6&78 6&''&7&7"ar"ar 66&&''--7 1 6&7 1 6&'' 7 17 1 c;c;

9nde c a onc initiala a &9nde c a onc initiala a &''&, din care&, din care

la echilibru se scade ce s-a disociat adicala echilibru se scade ce s-a disociat adicacc

"eci"eci KKaa 11 **cc**8 c-8 c- c 1c 1 **c 80-c 80- cc


7/36

Activitatea sActivitatea solutiilor de electrolitolutiilor de electrolit

!olutiile de electrolit se caracterizeaza prin!olutiile de electrolit se caracterizeaza prinactivitatea ionilor a, care reprezinta abatereaactivitatea ionilor a, care reprezinta abatereacomportarii solutiilor de la comportarea solutiilorcomportarii solutiilor de la comportarea solutiilor

ideale, care nu prezinta asocieri de ioni, deciideale, care nu prezinta asocieri de ioni, decisunt disociati total.sunt disociati total. ctivitatea,ctivitatea, a1 fx m, undeundeffeste coeficientul de activitate, iareste coeficientul de activitate, iar mmesteesteconcentratia molara.concentratia molara.

oeficientuloeficientul ffia valori intre / si 0. #entru solutiileia valori intre / si 0. #entru solutiilecucu cc/,/, ff 10, iar pentru celelalte10, iar pentru celelalte ff0 scazand0 scazandpe masura cresterii concentratiei. #entru solutiipe masura cresterii concentratiei. #entru solutiicucu ff 10 activitatea este egala cu concentratia.10 activitatea este egala cu concentratia.


8/36

ConductivitateConductivitate

#entru conductori ordinul I si II, se aplica legea lui hm in care +1#entru conductori ordinul I si II, se aplica legea lui hm in care +1 l8s,l8s,undeunde RRrezistenta in ohmi (), l lungimea si s sectiunea conductorului.rezistenta in ohmi (), l lungimea si s sectiunea conductorului.

auss, adica creste cu c pina

la o valoare, iar apoi datorita interactiilor dintre particole incepe sa scada.la o valoare, iar apoi datorita interactiilor dintre particole incepe sa scada.( de ex dupa legea lui ?ohlrausch( de ex dupa legea lui ?ohlrausch 1 - c1 - c08*08*


9/36

Interfete incarcate electricInterfete incarcate electric

Reactiile electrochimice se produc la limita a douaReactiile electrochimice se produc la limita a douafaze diferite, si consta intr-un transfer de sarcinafaze diferite, si consta intr-un transfer de sarcinaelectrica prin interfata dintre fazele aflate in contact.electrica prin interfata dintre fazele aflate in contact.

InterfataInterfatareprezinta o suprafata de contact cu o alta faza.reprezinta o suprafata de contact cu o alta faza.

InterfazaInterfaza este o regiune cu proprietatile modificate fataeste o regiune cu proprietatile modificate fatade cele din volumul fazei.de cele din volumul fazei.

interfata este definita de un strat monoatomic. interfata este definita de un strat monoatomic. interfaza este o regiune care se intinde pe un interval deinterfaza este o regiune care se intinde pe un interval decel putin doua diametre moleculare, pina la mii decel putin doua diametre moleculare, pina la mii deangstromi (@); este o regiune intre doua faze, in careangstromi (@); este o regiune intre doua faze, in careproprietatile nu au atins inca pe cele din volumul fiecareiproprietatile nu au atins inca pe cele din volumul fiecareifaze.faze.


10/36

Distributia sarcinilor la interfata metal-Distributia sarcinilor la interfata metal-

solutiesolutie !istemul


11/36

11&&dd88dd&& 0810808108&& 08 08dd11dd&&88dd&& #t #t dd si 1si 1&& (solutii concentrate)(solutii concentrate)

#t diluate #t diluate &&3333dd, 1, 1dd rahame, considera ca o parte substantiala a sarcinii negativeconsidera ca o parte substantiala a sarcinii negativeeste in balanta cu ioni adsorbiti pe suprafta ( hidratati sau nu ) dar fixatieste in balanta cu ioni adsorbiti pe suprafta ( hidratati sau nu ) dar fixatiputernic stronglC fixed ( strat !tern ) . !arcina care nu este neutralizataputernic stronglC fixed ( strat !tern ) . !arcina care nu este neutralizatala suprafata , va fi in balanta cu ionii din stratul dublu difuz stfella suprafata , va fi in balanta cu ionii din stratul dublu difuz stfelmodelul !tern implica * straturi laCers, stratul !tern care contine ionimodelul !tern implica * straturi laCers, stratul !tern care contine ioni

fixati la suprafata, si strat >ouC-hapman laCer cu ioni atrasi prin fortefixati la suprafata, si strat >ouC-hapman laCer cu ioni atrasi prin forteslabe la suprafata. made of ions 5eaDlC attracted bC the surfaceslabe la suprafata. made of ions 5eaDlC attracted bC the surface

odel !oc"risodel !oc"ris: se pot adsorbi specific molecule organice, neutre, dipoli: se pot adsorbi specific molecule organice, neutre, dipolide apa, ioni negativi lde apa, ioni negativi l--si cationi;si cationi;

sarcina pe cele * faze la interfata este egala si de semn contrarsarcina pe cele * faze la interfata este egala si de semn contrar


12/36

#eactii de electrod#eactii de electrod

+eactiile chimice heterogene cu participare de+eactiile chimice heterogene cu participare deelectroni (reactii de electrod) sunt reactii deelectroni (reactii de electrod) sunt reactii deoxido-reducere care au loc la interfata metaloxido-reducere care au loc la interfata metal

(conductor electric)- solutia de electrolit(conductor electric)- solutia de electrolit(conductor ionic).(conductor ionic). Ex:


13/36

$otentialul de electrod Galvani$otentialul de electrod Galvani

!istemul format din doua faze diferite, incarcate!istemul format din doua faze diferite, incarcateelectric, aflate in contact, constituie unelectric, aflate in contact, constituie un electrodelectrod,,iar diferenta de potential ce apare datoritaiar diferenta de potential ce apare datorita

diferentei de incarcare reprezintadiferentei de incarcare reprezinta potentialul depotentialul deelectrodelectrod..

faza conducatoare de curent electric este faza conducatoare de curent electric estecaracterizata de uncaracterizata de unpotential internpotential internsausau GalvaniGalvaninotat cunotat cu

si reprezinta lucrul mecanic necesar pentru a aduce o si reprezinta lucrul mecanic necesar pentru a aduce osarcina pozitiva de la infinit in interiorul fazei metalice.sarcina pozitiva de la infinit in interiorul fazei metalice.


14/36

$otential de electrod %olta$otential de electrod %olta

4ucrul mecanic necesar pentru a aduce o4ucrul mecanic necesar pentru a aduce osarcina pozitiva de la infinit pe o suprafatasarcina pozitiva de la infinit pe o suprafata(metal sau un semiconductor) incarcata cu(metal sau un semiconductor) incarcata cu

sarcini electrice 1 potential electric =oltasarcini electrice 1 potential electric =olta ( potentialul exterior )( potentialul exterior ) #otentialul =olta se masoara ca diferenta de#otentialul =olta se masoara ca diferenta de

potential in limitele fazei.dar potentialul depotential in limitele fazei.dar potentialul de

suprafata si potentialul >alvani nu se potsuprafata si potentialul >alvani nu se potmasura ; pentru a evita aceasta se folosestemasura ; pentru a evita aceasta se foloseste--potentialul de echilibru.potentialul de echilibru.


15/36

$otentialul de echilibru$otentialul de echilibru

potentialul de echilibrupotentialul de echilibru care dupa $ernstcare dupa $ernsteste:este:

11// ln a ln aii+%8z+%8ziiFF reprezinta potentialul de electrodreprezinta potentialul de electrod

(potentialul de echilibru),(potentialul de echilibru), //-potentialul-potentialulstandard de electrod (potentialul destandard de electrod (potentialul de

echilibru la p 10 at, %1*/echilibru la p 10 at, %1*/GG si a si aii10; +10; +este constanta gazelor perfecte in H; F-este constanta gazelor perfecte in H; F-cifra lui FaradaC (J// .sec);cifra lui FaradaC (J// .sec);


16/36

Seria %oltaSeria %olta

Seria potentialelor standard seria Volta.Seria potentialelor standard seria Volta.

!criind toate potentialele standard in!criind toate potentialele standard in

ordinea cresterii valorii algebrice seordinea cresterii valorii algebrice seobtine:obtine:

4i...


17/36

Specii de electroziSpecii de electrozi

In functie de natura metalului si solutiei deIn functie de natura metalului si solutiei deelectrolit electrozii sunt de speta I, II, III.electrolit electrozii sunt de speta I, II, III.

Electrozii de speta IElectrozii de speta Isunt alcatuiti dintr-unsunt alcatuiti dintr-un

metal introdus in solutia sarii sale solubile.metal introdus in solutia sarii sale solubile.Incarcarea metalului si solutiei de electrolit seIncarcarea metalului si solutiei de electrolit seproduce in urma trecerii unui numar de ioni deproduce in urma trecerii unui numar de ioni demetal


18/36

E&emple de electrozi de speta IE&emple de electrozi de speta I

Exemple de electrozi de speta I suntExemple de electrozi de speta I suntu8u!u8u!NN, Kn8Kn!, Kn8Kn!NN, g8g!, g8g!NN,,$i8$i!$i8$i!NN, etc., etc.

#entru electrodul de Kn8Kn!#entru electrodul de Kn8Kn!NNsausauKn8KnKn8Kn)*)*este caracteristic echilibrul deeste caracteristic echilibrul deinterfata: ; iar potentialul de electrod ,interfata: ; iar potentialul de electrod ,potentialul de echilibru aplicand relatia luipotentialul de echilibru aplicand relatia lui$ernst va fi:$ernst va fi: 222 ln

2

0

// +++ += ZnZnZnZnZn aF

RT


19/36

Electrozii de gazElectrozii de gazsunt de asemeni electrozi desunt de asemeni electrozi deordinul I. 9n electrod de gaz consta dintr-un metal inert,ordinul I. 9n electrod de gaz consta dintr-un metal inert,de exemplu platina, cufundat intr-o solutie ce continede exemplu platina, cufundat intr-o solutie ce contine

dizolvat un gaz( de ex. &dizolvat un gaz( de ex. &**, , **, l, l**) la o anumita presiune) la o anumita presiunepartiala si ionul acestui gaz (ex &, l-, &-, etc) la opartiala si ionul acestui gaz (ex &, l-, &-, etc) la oanumita concentratie.anumita concentratie. Expresia lui $ernst folosita va fi:Expresia lui $ernst folosita va fi:

Electrodul de hidrogen.Electrodul de hidrogen.(#t)&(#t)&**8&8&)) sau (#t)& sau (#t)&**8&l8&lEste caracterizat printr-o reactie de tipul:Este caracterizat printr-o reactie de tipul:&&**(sol apoasa)(sol apoasa) *& (adsorbit pe metal)*& (adsorbit pe metal) *&*&))(sol(solapoasa)*e-apoasa)*e-

Expresia potentialului de electrod va fi:Expresia potentialului de electrod va fi:#entru pentru p&**1 0at si *1 0at si *//GG

red

ox

a

a

zF

RTln

0+=

2/1/

2

2

ln

H

H

HH p

a

F

RT ++ =


20/36

Electrodul de oxigenElectrodul de oxigen (#t)(#t)**8&8&-- sau (#t)sau (#t)**8$a&8$a&

Este format din oxigen introdus prin barbotare intr-Este format din oxigen introdus prin barbotare intr-un electrolit ce contine ioni de hidroxil &un electrolit ce contine ioni de hidroxil & -- de exemplude exemplu$a& in care se gaseste o placa de platin platinata.$a& in care se gaseste o placa de platin platinata.+eactia reversibila de electrod poate fi scrisa astfel:+eactia reversibila de electrod poate fi scrisa astfel:

plicand relatia lui $ernst se obtine urmatoarea expresieplicand relatia lui $ernst se obtine urmatoarea expresiepentru calculul electrodului reversibil de oxigen:pentru calculul electrodului reversibil de oxigen:

++ OHeOHO 442

22

4/1

0

//

2

22

lg303,2O

OH

OHOOHO p

a

F

RT =


21/36

Electrozi de speta IIElectrozi de speta II

(ordinul II)(ordinul II)au forma generala


22/36

Electrozi de o&ido-reducereElectrozi de o&ido-reducere

'redo&('redo&(+eactiile de electrod prezentate pentru+eactiile de electrod prezentate pentru

electrozii de ordinul I si II sunt reactiielectrozii de ordinul I si II sunt reactiiheterogene de oxido-reducere.heterogene de oxido-reducere.

Electrozii redox sunt alcatuiti dintr-un metal inertElectrozii redox sunt alcatuiti dintr-un metal inertcufundat intr-o solutie ce contine doua substantecufundat intr-o solutie ce contine doua substantecapabile sa treaca una in alta prin schimb decapabile sa treaca una in alta prin schimb deelctroni. cest schimb de electroni se realizeazaelctroni. cest schimb de electroni se realizeazaprin intermediul metalului inert. Exemplu deprin intermediul metalului inert. Exemplu de

electrozi redox sunt: #t8Feelectrozi redox sunt: #t8Fe'',Fe,Fe**; #t8!n; #t8!nNN,!n,!n**intr-intr-o solutie ce contine ioni de fier trivalenti sio solutie ce contine ioni de fier trivalenti sibivalenti. +eactia de electrod va fi:bivalenti. +eactia de electrod va fi:FeFe''ee--FeFe**


23/36

$ile electrice$ile electrice

"ispozitivele alcatuite prin legarea in serie a doi electrozi in care ia"ispozitivele alcatuite prin legarea in serie a doi electrozi in care ianastere energie electrica ca urmare a unor reactii de oxido-reducerenastere energie electrica ca urmare a unor reactii de oxido-reducere1celule galvanice (pile electrice) si sunt1celule galvanice (pile electrice) si sunt alcatuite din doi electrozialcatuite din doi electrozi(conductori de ordinul I) care vin in contact cu electrolitii (conductori de(conductori de ordinul I) care vin in contact cu electrolitii (conductori deordinul II), permitind transformarea energiei chimice in energie electrica.ordinul II), permitind transformarea energiei chimice in energie electrica.

(-) (-) )n*)nS+)n*)nS+,,** *CuS+** *CuS+,,* Cu '(.* Cu '(. #entru ca procesul sa aiba loc substantele active (electrozi si solutii)#entru ca procesul sa aiba loc substantele active (electrozi si solutii)

trebuie sa fie unite prin electrolit (in interior) si printr-un conductor intrebuie sa fie unite prin electrolit (in interior) si printr-un conductor inexterior. 4a suprafata de contact electrod-electrolit apare un potential.exterior. 4a suprafata de contact electrod-electrolit apare un potential.

"aca cei doi electrozi, anodul (unde are loc oxidarea) Kn"aca cei doi electrozi, anodul (unde are loc oxidarea) KnZnZn+2+2+2e+2esi catodul (unde are loc reactia de reducere) usi catodul (unde are loc reactia de reducere) u***e*e CuCusunt din materiale diferite atunci varaiatia de potential la cei doi electrozi vasunt din materiale diferite atunci varaiatia de potential la cei doi electrozi va

fi diferita astfel incat la bornele celulei galvanice apare o diferenta defi diferita astfel incat la bornele celulei galvanice apare o diferenta depotential, care este cauza trecerii curentului electric prin circuitulpotential, care este cauza trecerii curentului electric prin circuitulexterior.exterior.

E1E1 -- --


24/36

/ipuri de pile/ipuri de pile

$ile reversibile sunt cele la care la inversarea$ile reversibile sunt cele la care la inversarea

circuitului are loc reactia inversa0 iar cele ireversibilecircuitului are loc reactia inversa0 iar cele ireversibile

au incarcare diferita1au incarcare diferita1

$ile de concentratie : sunt constituite din doi$ile de concentratie : sunt constituite din doi

electrozi avand aceeasi compozitie chimica0 aceleasielectrozi avand aceeasi compozitie chimica0 aceleasi

proprietati fizico-mecanice0 pe care au loc aceleasiproprietati fizico-mecanice0 pe care au loc aceleasi

reactii de electrod0 dar activitatea reactantilor estereactii de electrod0 dar activitatea reactantilor este

diferita la cei doi electrozi1diferita la cei doi electrozi1


25/36

Caracteristici functionaleCaracteristici functionale

2enerale a pilelor electrice12enerale a pilelor electrice1 ensiunea electromotoareensiunea electromotoare ((t.e.m)t.e.m) este data de afinitatea chimica aeste data de afinitatea chimica a

substantelor reactante.substantelor reactante. =aloarea t.e.m. pentru o baterie E=aloarea t.e.m. pentru o baterie Ebb se obtine prinse obtine prinsuma t.e.m. a celulelor galvanice individuale legate in serie.suma t.e.m. a celulelor galvanice individuale legate in serie.

unde n reprezinta numarul celulelor galvanice ce alcatuiesc bateria.unde n reprezinta numarul celulelor galvanice ce alcatuiesc bateria. Rezistenta interna totala rRezistenta interna totala rii,, a pilei electrice reprezintaa pilei electrice reprezinta

rezistenta electrica opusa de pila la trecerea prin ea a unui curentrezistenta electrica opusa de pila la trecerea prin ea a unui curentelectric.electric.

rrii 1 r1 roo r rppunde runde r// reprezinta suma rezistentei electrice a electrozilor sireprezinta suma rezistentei electrice a electrozilor si

electrolitului in circuit deschis (i 1/)si relectrolitului in circuit deschis (i 1/)si rppeste rezistenta de polarizareeste rezistenta de polarizarece se conditioneaza de trecerea curentului care modificace se conditioneaza de trecerea curentului care modificapotentialele electrozilor.potentialele electrozilor. +ezistenta de polarizare r+ezistenta de polarizare rpp1 E1 Epp8I8Iddunde Eunde Eppeste tensiunea de polarizare iar Ieste tensiunea de polarizare iar Iddcurentul de descarcare.curentul de descarcare.

==n

i

b EnEE


26/36

!apacitatea pilelor electrice!apacitatea pilelor electriceseseexprima in .h si esteexprima in .h si estedefinita de cantitatea de materie activa ce poate fi transformata prindefinita de cantitatea de materie activa ce poate fi transformata prin

reactii chimice redox de la electrozi in energie electrica.reactii chimice redox de la electrozi in energie electrica.apacitatea teoretica maxima Papacitatea teoretica maxima P%%va fi data de cantitatea totalava fi data de cantitatea totalade sarcina eleiberata in circuitul exterior de numarul total de molide sarcina eleiberata in circuitul exterior de numarul total de molioxidati la trecerea unui curent Ioxidati la trecerea unui curent Iddintr-un interval de timp:intr-un interval de timp:

unde $unde $oxox1i1i t8zF si reprezinta numarul de moli de reactant oxidatit8zF si reprezinta numarul de moli de reactant oxidati

unde z este numarul de electroni transferati si F numarul luiunde z este numarul de electroni transferati si F numarul luiFaradaC.FaradaC.

ox

t

0dT NFzdtIQ ==


27/36

!apacitatea practica "!apacitatea practica "ppeste mai mica decat capacitateaeste mai mica decat capacitateateoretica Pteoretica P%%calculata. apacitatea practica este dependenta decalculata. apacitatea practica este dependenta detipul pilei electrice, de valoarea tensiunii de descarcare, de gradul eitipul pilei electrice, de valoarea tensiunii de descarcare, de gradul ei

de utilizare, de temperatura, de viteza de descarcarede utilizare, de temperatura, de viteza de descarcare ..

!apacitatea nominala!apacitatea nominala33nn- capacitatea practica ce se obtine- capacitatea practica ce se obtineprin descarcarea acumulatorului in conditii date de viteza siprin descarcarea acumulatorului in conditii date de viteza si

temperatura, pana la o anumita valoare limita a tensiunii la borne,temperatura, pana la o anumita valoare limita a tensiunii la borne,sub care reversibilitatea este afectata.sub care reversibilitatea este afectata.

!apacitatea specifica!apacitatea specifica- capacitate masica (h8Dg) sau- capacitate masica (h8Dg) sau

capacitate volumica (h8dmcapacitate volumica (h8dm'').).

.


28/36

Energia si puterea pilelor electriceEnergia si puterea pilelor electrice#entru un mol de#entru un mol dereactant energia teoretic disponibila in 2oulireactant energia teoretic disponibila in 2ouli

Energia practica (Qp)eliberata de un molEnergia practica (Qp)eliberata de un molde masa activa este exprimata de relatia:de masa activa este exprimata de relatia:

si valoarea ei depinde de modul in care sesi valoarea ei depinde de modul in care sedesfasoara descarcarea pilei electrice.desfasoara descarcarea pilei electrice.

EFzGWT ==

dtIEdqEW

t

d

zF

p == 00

EFzNWT =

dtIEW

NzF

dP = 0


29/36

Randament intrisec sau randament termodinamicRandament intrisec sau randament termodinamic

tEI

tEI

i

t

i

t

dd

eni

d

=

0

0

;H

Gt

=

H

STHt

= H

S

Tt

= 1

Randamentul energeticRandamentul energeticen se calculeaza cuen se calculeaza cuecuatia:ecuatia:

unde Ed si Ei reprezinta tensiunea de launde Ed si Ei reprezinta tensiunea de laborne in timpul descarcarii respectiv incarcarii.borne in timpul descarcarii respectiv incarcarii.

#utodescarcarea (#)#utodescarcarea (#)- pierderea initiala a- pierderea initiala acapacitatii pilei cand circuitul exterior estecapacitatii pilei cand circuitul exterior estedeschis.deschis.

P0 si P* reprezinta capacitatile sursei inainte siP0 si P* reprezinta capacitatile sursei inainte sidupa descarcare; t este durata de pastrare.dupa descarcare; t este durata de pastrare.

100

1

21

=

tQ

QQA


30/36

$ile primare$ile primare #ilele primare sunt celule galvanice ireversibile, nu se pot incarca,#ilele primare sunt celule galvanice ireversibile, nu se pot incarca,

adica masa activa (electrozi, electroliti) odata consumata in reactia deadica masa activa (electrozi, electroliti) odata consumata in reactia dedescarcare, nu mai poate fi recuperata.descarcare, nu mai poate fi recuperata.

#ilele primare pot fi pile uscate si pile umede. ele mai utilizate sunt#ilele primare pot fi pile uscate si pile umede. ele mai utilizate suntpilele uscate, cu electrozi imobilizati. Electrolitul se gaseste in formapilele uscate, cu electrozi imobilizati. Electrolitul se gaseste in formade gel sau absorbit pe un anumit material.de gel sau absorbit pe un anumit material.

$ila 4eclanche$ila 4eclanche

4antul electrochimic al pilei 4eclanche4antul electrochimic al pilei 4eclancheeste:este:

(-) Kn8$&(-) Kn8$&NNl,Knll,Knl**8


31/36

AcumulatoriAcumulatori

cumulatorii sunt dispozitive energetice capabile sacumulatorii sunt dispozitive energetice capabile sastocheze si sa furnizeze dupa nevoie energie electrica.stocheze si sa furnizeze dupa nevoie energie electrica.

Acumulatori aciziAcumulatori acizi #cumulatorul de plumb#cumulatorul de plumbse desemneaza prin urmatorul lantse desemneaza prin urmatorul lant

electrochimic:electrochimic: 9rmatoarele reactii chimice au loc in timpul functionarii: la9rmatoarele reactii chimice au loc in timpul functionarii: la

anod electrodul din stanga caracterizate printr-un potentialanod electrodul din stanga caracterizate printr-un potentialstandardstandard //1/,','=si o entalpie libera1/,','=si o entalpie libera >>//1 - 0',Dcal8mol.1 - 0',Dcal8mol.#b(s)#b(s) #b#b*)*)*e*e-- sisi#b#b*)*) !N !N*-*-#b!#b!NN(s)(s)Iar la catod, electrodul din dreapta, caracterizat deIar la catod, electrodul din dreapta, caracterizat de

//10,J*MN= si entalpie libera10,J*MN= si entalpie libera >>//1 MN,Dcal8mol.1 MN,Dcal8mol.#b#b**(s) N&(s) N&))*e*e--#b#b*)*)*&*&**(l)(l)#b#b)*)* ! !NN*-*- #b!#b!NN(s) *&(s) *&**(l)(l)+eactia de descarcare ce reprezinta suma algebrica a+eactia de descarcare ce reprezinta suma algebrica areactiilor la anod si catod este:reactiilor la anod si catod este: OHPbSOSOHPbOPb

descarcare

incarcare

24

2

42 2224 + +++

+


32/36

Acumulatori alcaliniAcumulatori alcalini +eactiile la electrozii acumulatorului Fe-$i si d-$i sunt urmatoarele:+eactiile la electrozii acumulatorului Fe-$i si d-$i sunt urmatoarele:

4a anod: (-) Fe4a anod: (-) Fe FeFe**

*e*e--

sau dsau d dd**

*e*e--

FeFe***&*&--Fe(&)Fe(&)** 4a catod () $i4a catod () $i ''$i$i** e e $i.& *&$i.& *&** *e *e--*$i(&)*$i(&)***&*&--

+eactia de descarcare este : Fe $i.& *&+eactia de descarcare este : Fe $i.& *&** Fe(&)Fe(&)** *$i(&) *$i(&)** #cumulatorul $n-#g#cumulatorul $n-#g. El este format dintr-un electrod poros de Kn drept. El este format dintr-un electrod poros de Kn drept

anod iar catodul este ganod iar catodul este g** obtinut prin oxidarea anodica a argintului. obtinut prin oxidarea anodica a argintului.Electrolitul este o solutie de ?& saturat cu zincat de potasiu ?Electrolitul este o solutie de ?& saturat cu zincat de potasiu ?**KnKn**..4antul electrochimic este:4antul electrochimic este:

(-)Kn8?&8g(-)Kn8?&8g**(g)()(g)() +eactia de descarcare este:+eactia de descarcare este:

gg** Kn KnKn *gKn *g


33/36

$ile de combustie$ile de combustie Energia chimica a reactiilor de ardere (reactii cu oxigen) a combustibililorEnergia chimica a reactiilor de ardere (reactii cu oxigen) a combustibililor

conventionali (carbune, &conventionali (carbune, &**, metan, alte hidrocarburi) este folosita pentru, metan, alte hidrocarburi) este folosita pentruproducerea energiei electrice astfel: energia chimica este transformata inproducerea energiei electrice astfel: energia chimica este transformata inenergie termica, energia termica se transforma in energie mecanica in centraleenergie termica, energia termica se transforma in energie mecanica in centralesi energia mecanica se transforma in energie electrica.si energia mecanica se transforma in energie electrica. 4ucrul electric maxim4ucrul electric maximobtinut in astfel de transformari este determinat de caldura de reactie.obtinut in astfel de transformari este determinat de caldura de reactie.

#entru a separa reactia de oxidare de reactia de reducere este necesar a se#entru a separa reactia de oxidare de reactia de reducere este necesar a seconstrui o celula galvanica cu anod, catod si un electrolit intre ele.construi o celula galvanica cu anod, catod si un electrolit intre ele.

%ila de combustie &%ila de combustie &''--''el mai reactiv combustibil este hidrogenul. #ila deel mai reactiv combustibil este hidrogenul. #ila decombustie &combustie &**--**este in general formata din electrozi porosi de carbon saueste in general formata din electrozi porosi de carbon saunichel imersati in solutii alcaline de electrolit (imobil). astfel de celula galvanicanichel imersati in solutii alcaline de electrolit (imobil). astfel de celula galvanicaeste simbolizata prin lantul electrochimic:este simbolizata prin lantul electrochimic:

(-) ($i)&(-) ($i)&**8?& '/-N/88?& '/-N/8**($i)()($i)()

1

21

max

T

TTH i!e"ectric

=


34/36

In timpul functionarii pilei electrice au locIn timpul functionarii pilei electrice au loc

urmatoarele reactii la electrod:urmatoarele reactii la electrod:-la electrodul negativ (anodul):-la electrodul negativ (anodul):

*&*&**N&N&)) Ne Ne--

-la electrodul pozitiv (catodul)-la electrodul pozitiv (catodul)** Ne Ne--***-*-

+eactia globala, reactia de descarcare este:+eactia globala, reactia de descarcare este:

*&*&*****&*&** (lichid) (lichid)


35/36

$ile cu combustibili or2anici lichizi0 solubili in electrolit$ile cu combustibili or2anici lichizi0 solubili in electrolit

si pile caldesi pile calde

xidarea electrochimica a metanolului in solutii acide si alcalinexidarea electrochimica a metanolului in solutii acide si alcalinegenereaza o tensiune apropiata de reactia de ardere a hidrogenului.genereaza o tensiune apropiata de reactia de ardere a hidrogenului.

&&''& '8*& '8***** *& *&** E 1 0,0L= E 1 0,0L=

&&''& '8*& '8*** *& *&--''*-*-'&'&** E 1 0,0*= E 1 0,0*=

*&*&** ** *&*&** E 1 0,**= E 1 0,**=

$ile calde cu litiu:$ile calde cu litiu: 4i-!, 4i-!e, 4i-l4i-!, 4i-!e, 4i-l**

In aceste pile anodul este litiul topit, iar electrolitul o sare topita ceIn aceste pile anodul este litiul topit, iar electrolitul o sare topita cecontine o halogenura de litiu.contine o halogenura de litiu.

+eactiile pe electrod la descarcarea pilei sunt urmatoarele:+eactiile pe electrod la descarcarea pilei sunt urmatoarele:(-)4i84i(-)4i84i**R8R() unde R este sulf, seleniu, telurR8R() unde R este sulf, seleniu, telur

-la anod: (-) *4i-la anod: (-) *4i *4i*4i*e*e--;;

-la catod: () *4i-la catod: () *4i*e*e-- RR 4i4i**R.R. +eactia de descarcare este: *4i R+eactia de descarcare este: *4i R 4i4i**RR


36/36

$ila 4i-Cl$ila 4i-Cl55

In ciuda unor limitari se pare ca pila 4i-lIn ciuda unor limitari se pare ca pila 4i-l**va fiva ficapabila de densitatea de putere maxima dintrecapabila de densitatea de putere maxima dintretoate sursele electrochimice de putere.toate sursele electrochimice de putere.

(-)4i84il8l(-)4i84il8l**() sau 4i84il88?l8l() sau 4i84il88?l8l**(carbon(carbonporos)poros)

-are o t.e.m. E ',N=.+eactiile la electrozi sunt:-are o t.e.m. E ',N=.+eactiile la electrozi sunt:

-la anod: 4i-la anod: 4i 4i4i))ee--

-la catod 08*l-la catod 08*l**ee--ll-- reactia de descarcare: 4i 08* lreactia de descarcare: 4i 08* l**4il4il

curs-scurt-_-stiinte-aplicate-electrochimie_1.ppt

Documents