Elektrohemija
-
Elektrohemija je oblast hemije koja proucava pojave koje se desavaju prilikom pretvaranja
elektricne energije u hemijsku(elektroliza) kao i pretvaranje hemijske energije u
elektricnu(Galvinski spregovi). Za razliku od hemijskih, elektrohemijske reakcije se odvijaju na
racun spolja dovedene elektricne energije ili same mogu biti izvor elektricne energije.
Elektrohemija pocinje da se razvija s pojavom faradejevih zakona, Voltine galvanske celije i
pojavom Arenijusove teorije. Elektrohemija danas ima veliki znacaj jer se eh. postupcima mogu
dobiti brojna jedinjenja, gasovi, metali. Eh. izvori energije u vidu baterija i akukulatora se koriste
svakodnevno. Elektorhemijskim putem dobijaju se i metalne prevlake. Osnovu u eh. cine
elektroliti. Elektroliti su supstance koje sistemu u kome se nalaze daju naelektrisanje cestice-
jone
. Pozitivno naelktrisane cestice su
katjoni
a negativno naelketrisane cestice su
anjoni
.
Elektroliti se drugacije nazivaju provodnici drugog reda, i oni proizvode stuju kretanjem jona. Za
razliku od njih provodnici prvog reda provode struju kretanjem elektorna i tu spadaju metali.
Joni elektrolita u odsustvu elektricnog polja se krecu u svim pravcima, haoticno. Kada se rastvor
izlozi dejstvu elektricnog polja joni elektrolita se krecu ka odgovarajucim polovima elektricnog
polja. I tako prenose naelektrisanje kroz rastvor.
Elektroliticka disocijacija
-
Nosioce elektriciteta u elektrolitima otkrio je Faradej 1834. Godine i nazvao ih
putnicima
odnosno
jonima.
Medjutim Arenijus je dokazao da u elektrolitima postoje joni i u odsustvu
elektricnog polja. Po A. teoriji elektroliti se u rastovoru spontano razlazu na suprotno
naelektrisane cestice odnosno jone. To razlaganje nije potpuno vec delimicno. Proces razlaganja
neutralnih molekula na jone naziva se
elektroliticka disocijacija.
Disocijacija hlorovodonicne
kiseline u vodenom rastovoru moze se prikazati sledecom jednacinom: HCl+H
2
O
—>
H
3
O
+
+Cl
-
Mera za disocijaciju je stepen disocijacije ili α.
Stepen disocijacije
se definise kao odnos broja
disosovanih molekula i ukupnog broja molekula u rastovoru. α = Ndis/N .
α moze imati vrednost od 0 (nema disocijacije) do 100(potpuna disocijacija). Na osnovu vrednosti
stepena disocijacije elektroliti se dele na jake i slabe. U slabe elektrolite spadaju organske kiseline i
baze i soli teskih metala. U jake elektrolite spadaju neorganske kiseline i baze i vecina soli.
Galvanski spregovi
-
Sastoje se iz dva metala koja su potopljena u rastvor elektrolita. Metal sa elektrolitom cini
elektrodu. Tako da galvanski spreg ima dve elektrode. Rastvor za obe elektrode moze biti isti ili
razliciti, odnosno da svaki metal ima svoj rastvor. U tom slucaju sistem se mora tako povezati da
se omoguci proticanje struje a da se rastvori ne mesaju. Kada je
zatvoreno
strujno kolo na
polovima galvanskih spregova vlada potencijalna razlika koja omogucava proticanje struje. Pri
radu g.s. potencijalna razlika se odrzava na racun energije hemijskih reakcija na elektrodama. Pa
se galvanski s. moze koristiti kao izvor struje. Kao primer g.s. bice opisan
Danijelov spreg.
Ovaj
spreg se sastoji iz cinka koji je potopljen u rastvor cink sulfata (prva elektroda) i bakra koji se
nalazi u rastvoru bakar 2 fosfata (druga elektroda). Kada je kolo g.s
otvoreno
sistem je u
ravnotezi, tada je elektromotorna sila Danijelovog sprega jednaka razlici elektrodnog potencijala
bakra i cinka. Kada spreg radi kao izvor struje elektroni odlaze sa negativno naelektrisane
cinkove elektrode na pozitivno naelektrisanu bakarnu elektrodu. Ovo dovodi do sl. Elektro
hemijskih reakcija. Na negativnom polu odnosno na
anodi,
dolazi do
oksidacije
a na pozitivnom
polu odnosno
katodi
dolazi do
redukcije
. Na racun ukupne elektro hem. Reakcije g.s. dobija se
elektricna energija. Pored ovog sprega postoji spreg koji se sastoji iz dve iste elektrode u
rastvorima istog sastava ali razlicite koncentracije. I takav spreg se naziva koncentracioni spreg.
1. Oksidacija se odigrava na anodi a redukcija na katodi.
Galvanotehnika
-
Predstavlja prakticnu primenu elektrohemije odnosno ona proucava procese elektrolize koji se
koriste pri obradi povrsine metalnih redje nemetalnih predmeta elektolitickim talozenjem
metala. Ona obuhvata dva podrucja: galvanostegiju- talozenje metalnih prevlaka i
galvanoplastiku- elektroliticko uoblicavanje predmeta. Pored ove dve oblasti galvanotehnika
izucava i razlicite nacine elektrohemijske obrade metala kao sto su: elektroliticko poliranje,
nagrizanje, anodna oksidacija itd.
Talozenje metala na katodi
-
Moze se izvesti elektolizom rastvora soli, kompleksne soli itd. Metalne prevlake dobijene na
katodi su kristalne prirode. Kakvog ce karaktera biti prevlaka tj da li ce biti sitno zrna ili krupno
zrn, kakve tvrdoce, sjaja i sl. Zavisi od vise faktora kao sto su: gustina struje, temp.,uticaj
povrsinski aktivnoh supstanci itd. U galvano tehnici cilj je da se dobije sitno zrna prevlaka koja se
dobro spaja sa podlogom.
-
Uticaj pojedinih faktora na prevlaku
1. Uticaj koncentracije jona metala, sto je koncentracija katjona veca to su kristali krupniji.
Medjutim smanjenje koncentracije katjona nije dobro jer dovodi do izdvajanja vodonika, ili
primese. Svakoj koncentraciji katjona odgovara neka optimalna gustina struje. Jer pri velikim
koncentracijama katjona stvaranje krupnozrnog taloga moze biti spreceno.
2. Uticaj izdvajanja vodonika pri talozenju neplemenitih metala u sastav rastvora ulazi i vodonik
koji se zajedno sa metalima izdvaja na katodi. Vodonik dovodi do stvaranja pora i smanjuje
kvalitet prevlake.
3. Uticaj temp. porast temp. dovodi do stvaranja krupnozrnog taloga metala a do izdvajanja
vodonika, pa se upotrebom struje vece gustine taj negativni uticaj smanjuje.
4. Uticaj povrsine podloge za dobijanje kvalitetne prevlake sa povrsine katode moraju biti
odstranjene sve necistoce (masti, ulja, boje, oksidi itd). Zbog toga je vazno da povrsina katode
bude glatka a to se postize mehanickom, hemijskom i elektohemijskom pripremom povrsine.
