Univerzitet u Tuzli
Tehnološki fakultet
Hemijsko inženjestvo i tehnologija
Kinetika i mehanizmi fizikalno-hemijskih procesa
SEMINARSKI RAD
Pretvorba električne energije u hemijsku i obrnuto
Predmetni profesor: Studenti:
Dr.sc. Husejin Keran, van.prof. Almedina Bajrić
11.05.2015.godine
2
Riječ
energija
nastala je od grčke riječi
energos
što znači aktivnost. Energija je
karakteristika sistema kojom se opisuje sposobnost tog sistema da vrši neki rad.
Prema međunarodnom sistemu mjernih jedinica, mjerna jedinica za energiju nazvana je džul
(J). Energija ne može niti nastati niti nestati, ona može samo prelaziti iz jednog oblika u
drugi.
Električna energija je oblik potencijalne energije u polju Kulonove sile u kojem se čestice
istog naelektrisanja međusobno odbijaju, a čestice suprotnih naelektrisanja se međusobno
privlače. Električna energija je trenutno najvažniji oblik energije koji koristi čovječanstvo jer
se relativno jednostavno transportira i što je najvažnije jednostavno se može pretvoriti u
ostale korisne oblike energije poput kinetičke, toplinske i hemijske energije.
Hemijska energija može se definirati kao rad koji obave električne sile prilikom
preraspodjele električnih naboja – protona i elektrona, u hemijskim procesima.
Transformacija električne energije u hemijsku i obrnuto spada u oblast elektrohemije.
Elektrohemija je dio fizikalne hemije koji se bavi proučavanjem relacija između hemijske
promjene i električnog rada, odnosno bavi se proučavanjem procesa u kojima dolazi do
prijenosa elektrona.
Pretvorba električne energije u hemijsku
Proces pretvaranja električne energije u hemijsku odvija se u elektrolitičkoj ćeliji. Hemijske
reakcije se ne dešavaju spontano, već se odvijaju na račun struje koja se dovodi iz vanjskog
izvora u ćeliju i pri čemu se vrši elektroliza. Promjena slobodne Gibbsove energije ukupnog
procesa je pozitivna. Koriste se za elektrolizu tvari ili za spremanje električne energije
pretvorbom u hemijsku energiju (akumulatori). Provodnik koji je u kontaktu sa smjesom
oksidovanog ili redukovanog oblika jedne supstance, naziva se elektroda, a zajedno
elektroda i smjesa oksidovanog odnosno redukovanog oblika iste supstance u rastvoru
naziva se polućelija ili polučlanak. Sistem sastavljen od dvije polućelije, u kojima se
odvijaju dva suprotno usmjerena dijela elektrohemijskog procesa, tj. oksidacija i redukcija
pod utjecajem električne struje predstavlja elektrolitičku ćeliju. Elektroda na kojoj se odvija
elektrohemijska reakcija redukcije naziva se katoda, zbog čega se reakcija redukcije još
naziva katodna reakcija. Elektroda na kojoj se odvija elektrohemijska reakcija oksidacije
naziva se anoda, a reakcija oksidacije anodna reakcija. Struktura elektrolitičke ćelije i
prinudno odnosno nespontano odvijanje elektrohemijske rekacije prikazano je na sljedećoj
slici.
4
Pozitivna ploča: PbO
2
(s) + 4H
+
+ SO
4
2-
+ 2e
-
→ PbSO
4
(s) + 2H
2
O
Proces kojim se hemijska energija pretvara u električnu naziva se pražnjenje akumulatora.
Olovni akumulatori imaju nisku cijenu, relativno velik napon po ćeliji, malen unutrašnji
otpor i mogu dati velike jakosti struje u kratkom vremenu. Mane su mu otrovnost olova,
velika masa i pojava samopražnjenja. Olovni akumulator predstavljen je na sljedećoj slici:
Slika 1.1-akumulator
Litij-ionski akumulator je električni izvor koji tek ulazi u širu upotrebu, koristi pozitivnu
elektrodu koja sadrži litij i negativnu elektrodu od poroznog ugljika. Gustoća energije kod
litij-ionskih akumulatora višestruko je veća u usporedbi s olovnim akumulatorima i iznosi
otprilike 150 Wh/kg uz nešto veći nominalni napon ćelije (oko 3.7 V).
Pretvorba hemijske energije u električnu
Drugi tip elektrohemijskih ćelija u kojima se vrši pretvaranje hemijske energije u električnu
nazivaju se galvanski članci (galvanska ćelija). Galvanski članak se jos naziva i Voltin
članak U galvanskim člancima električna struja može nastati kao rezultat spontanih
hemijskih reakcija na elektrodama. Kod spontanih hemijskih reakcija promjena Gibbsove
energije je negativna (∆G<0). Spontana hemijska reakcija dešava se kao rezultat različitih
sposobnosti metala da odaju elektrone i sposobnosti elektrona da teku kroz kolo. Razlika
potencijala elektroda (katoda i anoda) u galvanskoj ćeliji pretvara se u električnu energiju.
Ta razlika potencijala naziva se elektromotorna sila galvanske ćelije. Ona se može pokazati
ako se dvije polućelije povežu na voltmetar.
EMS=E
(+) katode
– E
(-) anode
