전기화학 전지 및 반쪽 전지

그런 다음 이러한 반쪽 전지는 전해 키를 사용하여 연결됩니다. 전자의 흐름을 허용하여 전극 사이의 전기적 접촉을 유지하는 데 사용됩니다. 개략적으로 갈바니 전지의 구성은 다음과 같이 설명할 수 있습니다. 양극 | 양극 전해질 || 음극 전해질 | 음극 이러한 표기법에서 수직선은 위상 경계를 나타내고 이중선은 전해 키를 나타냅니다. 또한 반응물을 표기하는 순서에 주의를 기울여야 한다. 항상 왼쪽부터 환원 반응부터 시작하여 산화 반응이 뒤따른다.

세포의 에너지

갈바니 전지에서는 자발적인 화학 반응의 결과로 에너지가 생성됩니다. 비슷한 용도로 사용되지만 외부 DC 소스를 적용하여 반응을 강제하는 장치는 전해조입니다. 이름에서 알 수 있듯이 전기 분해 과정을 수행합니다. 사용 가능한 모든 배터리는 갈바니 전지입니다. 이들은 전기 장치에 전원을 공급하는 데 사용되는 건전지, 수은 전지, 니켈-카드뮴 배터리입니다. 내부에서 일어나는 자발적인 반응은 생산 과정에서 적절한 물질의 도입으로 인해 발생합니다.

전극에서의 반응

전지가 작동하는 동안 개별 전극에서 산화 및 환원 과정이 발생합니다. 단일 반쪽 전지에 존재하는 산화 중에 방출된 전자는 다른 반쪽 전지로 흘러 환원 반응을 일으킵니다. 환원이 일어나는 전극을 음극이라고 하고 양극은 산화가 일어나는 전극이다. 시각적으로 양극은 항상 마이너스 부호를 가지며 양극에서 음극으로 전자는 양의 부호로 흐릅니다. 양전하가 더 높은 전위 값에 해당하므로 양극보다 음극이 더 높은 전위를 나타냅니다.

하프셀

반쪽 전지는 적어도 두 단계로 구성될 수 있습니다. 그 중 하나인 전극은 전자를 전도합니다. 두 번째는 이온 전도성을 담당하며 용액 또는 용융 상태에서 전해질 형태로 존재합니다. 이러한 상의 경계에는 정전기적 상호 작용에 의해 결정되는 전자, 이온 및 쌍극자의 특정 배열이 있으며, 때로는 이온 및 쌍극자 분자의 흡착과 결합되기도 합니다.

유형 I 반쪽 전지

유형 I 반쪽 전지는 가장 일반적인 반쪽 전지를 모두 포함하며, 동일한 금속의 양이온을 포함하는 염 용액에 금속 전극을 도입한 결과로 형성됩니다. 이러한 시스템의 예는 아연 반쪽 전지 Zn ²⁺ |Zn 및 구리 반쪽 전지 Cu ²⁺ |Cu입니다. 이러한 유형의 반쪽 전지는 양이온 매개 반응이 전극 표면에서 평형을 이루기 때문에 양이온 가역성으로도 알려져 있습니다. 가스 반쪽 전지는 유형 I 반쪽 전지에 속합니다. 이러한 시스템에서 가스는 화학적으로 불활성인 금속이 존재할 때 이온과 평형을 이룹니다. 그 역할은 반응에서 반응물이 되지 않고 전자를 전달하는 것입니다. 그러나 촉매제가 될 수 있습니다. 이를 위해 백금이 자주 사용됩니다. 가스 반쪽 전지의 가장 중요한 예는 수소 반쪽 전지입니다. 기체 수소의 흐름은 H ⁺ 이온을 포함하는 수용액을 통과합니다. 반쪽 전지의 기호 표기법은 다음과 같습니다. Pt | _H2 (g) | H ⁺ (c) 이것은 표준 전위가 0V로 가정되기 때문에 연구 맥락에서 중요한 반쪽 전지입니다. 이는 수소 및 수소 이온의 활성이 1이기 때문입니다. 따라서 수소전극을 표준기준전극으로 사용한다. 다른 반쪽 전지의 전위는 수소 전극의 전위와 관련하여 결정됩니다. 또한 양이온 가역 전극입니다. 대조적으로, 다른 기체 전극은 음이온과 평형을 이룰 수 있습니다. 따라서 그들의 이름 – 음이온 가역 전극. 이러한 반쪽 전지는 예를 들어 Cl ₂ (g)|Cl ^– (c)를 포함합니다.

유형 II 반쪽 전지

다음 유형의 반쪽 전지는 금속으로 구성된 구조를 가지며, 이 금속의 난용성 염의 다공성 층으로 덮여 있습니다. 이러한 시스템은 난용성 염과 동일한 음이온을 갖는 가용성이 높은 염 용액에 침지됩니다. 이 구성표는 다음과 같이 표시됩니다. 금속 | 난용성 소금 | 일반적인 음이온, 예: Ag | AgCl | Cl ^– 이들은 일반적인 음이온 가역 전극이며 전위는 이러한 이온(이 경우 염화물)의 활동에 따라 달라집니다. 유형 II 전극은 가역성, 내구성 및 일정한 전위를 특징으로 하기 때문에 다른 반쪽 전지의 전위를 측정할 때 종종 기준 전극으로 사용됩니다. 그 중 두 가지가 이 목적을 위해 가장 일반적으로 사용됩니다. 이미 언급한 염화은 전극과 염화물 음이온을 포함하는 용액에 수은 혼합물이 담긴 칼로멜 페이스트로 덮인 수은으로 만든 칼로멜 전극: Hg | _{수은 2Cl2} | ^Cl-

산화 환원 반쪽 전지

다소 오해의 소지가 있는 이름에도 불구하고 모든 반쪽 전지는 산화환원 반응을 특징으로 하기 때문에 이 그룹은 화학적으로 불활성인 금속(Pt, Au)이 산화 및 환원 형태의 물질을 포함하는 용액에 잠겨 있는 반쪽 전지를 위해 예약되어 있습니다. . 예를 들어 퀸하이드론 용액에 담근 백금 전극으로 만든 퀸하이드론 반쪽 전지가 있습니다. 이러한 용액은 동일한 수의 퀴논과 하이드로퀴논을 포함합니다.

세포 유형

가장 단순한 전지는 동일한 전해질을 갖는 반쪽 전지로 구성됩니다. 그러나 개별 반쪽 전지가 다른 솔루션을 포함하는 것도 있습니다. 이러한 셀의 예는 Daniell 셀이며, 이 셀은 다음과 같이 표시할 수 있습니다. Zn | 아연 ²⁺ || 구리 ²⁺ | Cu 양극은 황산아연 수용액에 침지된 아연 전극으로 만들어지며, 양극은 황산동 수용액에 침지된 구리 전극입니다. 두 반쪽 전지는 전기 분해 키로 연결되어 있으며 서로 직접 접촉하지 않습니다. 세포는 화학세포와 농축세포로 나눌 수 있다. 화학 전지에서 자발적인 과정은 화학 반응의 에너지가 전기 에너지로 변환되는 산화-환원 반응입니다. 농축 셀은 동일한 전극과 다른 농도의 전해질을 사용하는 것이 특징입니다. 이러한 반쪽 전지가 단락된 후 자발적인 프로세스가 발생하여 농도를 균등화합니다. 프로세스는 전기 작업의 소스입니다. 기체 전극이 서로 농도가 다른 전극 농도 셀(예: 기체 압력이 다른 기체 전극)도 있습니다. 이들은 또한 아말감 농도가 다른 아말감 전극일 수 있습니다.