Article AnAlyticAl chemistry

Translators: shirin D,

[1394/02/25]

Electrochemistry

یناش ییایمیش راتییتغ مطالعه شامل نیا. پردازد یم برق و ییایمیش يها واکنش نیب ارتباط با یمیالکتروش يها واکنش توسط یکیالکتر يانرژ دیتول نیهمچن و متوسط، سراسر در یکیالکتر انیجر کی از عبور از رخ آنها در که ییایمیش تعادل و تیالکترول يها حل راه مطالعه يرایپذ زین یمیالکتروش. باشدیم ییایمیش است دهد یم

در الکترود سطح در تواند یم یواکنش نیچن. دارند يانرژ از يورود به ازین ییایمیش يها واکنش از ياریبس

گونه اتیخصوص و تیماه مورد در یعاتاطلا واکنش نیا. شود انجام یخارج برق به متصل يها سلول مورد دیجد ییایمیش مواد سنتز يبرا تواند یم نیهمچن و ، کندیم فراهم ها سلول در موجود ییایمیش

يندهایفرآ از نمونه فلزات electrowinning و يآبکار و ومینیآلوم و کلر دیتول. ردیبگ قرار استفاده اساس که ییایمیش يانرژ از یکیالکتر يانرژ ییایمیالکتروش يها سلول. باشد یم یصنعت ییایمیالکتروش

يها دهیپد گرید. کندیم دیتول را باشد یم یسوخت يها سلول و هیثانو و هیاول يباتر) يساز رهیذخ( قیطر از انیجر تیهدا و یونی يها حل راه از رفتار شامل ییایمیش يها ستمیس در علاقه مورد یکیالکتر

اثرات فلزات، passivation و یخوردگ ،)الکتروفورز( یکیالکتر دانیم کی يها ونی از ییاجد ها، حل راه نیا ییایمیالکتروش يها سلول يرو بر نور اثر و ،) یمیوالکتروشیب( یکیولوژیب يها ستمیس در یکیالکتر

)photoelectrochemistry.(

.باشدیم ییایمیالکتروش يها سلول

کی با تماس در الکترود کی يحاو کی هر سلول، مین دو شامل یکل طور به ییایمیالکتروش سلول از انیجر. است يهاد مهین کی ای و) کربن ای فلز کی مانند( یکیالکترون يهاد کی الکترود. است تیالکترول

ونی توسط شارژ آن در که است مرحله کی تیالکترول. باشدیم ها الکترون حرکت قیطر از الکترود قیطر کی آب در) طعام نمک م،یسد دیکلر( طعام نمک از حل راه کی مثال، عنوان به. است شده انجام يها

( میسد يونهایکات يحاو تیالکترول Na (+دیکلر يونهایآن و )دانیم کی که یهنگام. است) - کلر به - کلر و است یمنف سمت به+ میسد: حرکت ونی شود، یم اعمال را حل راه نیا سراسر در یکیالکتر.است مثبت تسم

اختلاط اما سلول مین نیب حرکت به يونهای تا دهد یم اجازه که یسلول جداکننده کی توسط ها سلول مین

لوله ای و باشد، شده لیتشک نمک پل کی از تواند یم کننده جدا. شود یم متصل يریجلوگ تیالکترول کی ای و یونی تبادل يغشا کی واندتیم ای و شهیش پشم با برسد انیپا به دو هر در متصل یآب محلول

به ، تیالکترول همان از کنندیم استفاده سلول مین دو هر موارد از یبرخ در. باشد يا شهیش متخلخل سکید يها سلول. باشدیم تک تیالکترول با تماس در الکترود دو شامل ییایمیالکتروش سلول که يطور

،یگالوان يها سلول در. اند شده يبند طبقه یتیالکترول ای و یگالوان صورت به معمولا ییایمیالکتروش میس کی رینظ يهاد کی توسط الکترود دو که یهنگام تیالکترول الکترود رابط در خود به خود واکنش

که ،يباتر ياجزا و کنندیم یکیالکتر يانرژ به لیتبد ییایمیش يانرژ يها سلول. دهد یم رخ متصل يفلز ها واکنش ،یتیالکترول يها سلول در. دهندیم انجام یعمل هم سر پشت که اند سلول نیچند يحاو معمولا دو هر به متصل قدرت از یخارج منبع کی قیطر از دهند رخ تیالکترول الکترود رابط در هستند مجبور

محصولات از یفرم در را ییایمیش يانرژ به یخارج منبع از یکیالکتر يانرژ. کندیم استفاده الکترودشودیم لیتبد الکترود کنشوا

هیاول منبع کی عنوان به و شده شناخته لیدان سلول عنوان به 1 شکل در شده داده نشان یگالوان سلول( يرو کی نیا. است گرفته قرار استفاده مورد يانرژ Zn و یآب يرو سولفات محلول با تماس در الکترود)

بسته یخارج يها چیسوئ که یهنگام. است شده لیتشک مس سولفات یآب محلول با تماس در الکترود مساز اتم کی است، Zn شودیم آزاد الکترون دو و است شده دهیاکس ونی يرو به که است الکترود يرو بر.

Zn → Zn 2+ + 2 e −

مس الکترود سطح در مس فلز اتم کی به مس ونی کاهش و بیتصو یخارج يها میس قیطر از الکترون

افتد یم اتفاق

Cu 2+ + 2 e − → Cu

در ونی. ددهیم نشان را سلول توسط شده دیتول یکیالکتر انیجر کی یخارج مدار در الکترون انیجر

از يریجلوگ يبرا است، شده داده نشان شکل در که همانطور ، دارد انیجر ینمک پل سراسر در و تیالکترول یکل سلول واکنش. شود الکترود واکنش دو نیا بروز از تواند یم که است حل را يبرا یونی بار تعادل عدم

.است يرو توسط مس ونی کاهش

Cu 2+ + Zn → Cu + Zn 2+

دیکلر( نمک آب آن در که یصنعت یآلکال کلر سلول 2 شکل در شده داده نشان یتیالکترول يها ولسل منبع. است شده لیتبد) سود م،یسد دیدروکسیه( آور سوز سود و کلر به زیالکترول است) یآب محلول میسد

کند تیهدا را یکل واکنش تا کندیم نیتام را یکیالکتر يانرژ یخارج قدرت

2Cl − + 2H 2 O → Cl 2 + H 2 + 2OH −

در)- OH( دیدروکسیه ونی و) H 2( دروژنیه گاز به آب و یکربن الکترود در گاز کلر دهیاکس دیکلر ونی

از میسد يونهای انیجر توسط یعیطب تهیسیالکتر عنوان به ها تیالکترول. ابدی یم کاهش آهن الکترود .شودیم) یونی ادلتب يغشا کی مانند( یخنث جداکننده قیطر

دهینام اند ،2 شکل در کربن الکترود و 1 شکل در Zn الکترود دهد، یم رخ ونیداسیاکس آن در که يالکترود به) 2( و) 1( يها واکنش. شود یم دهینام کاتد دهد یم رخ کاهش آن در که الکترود که یحال در ، شودیم

کاهش ونیداسیاکس واکنش) 4( و) 3( يها واکنش که یحال در اند، شده شناخته واکنش مین عنوان شوند یم دهینام) ردوکس(

يها سلول به جالب يها موضوع نیبزرگتر از یکیالکتر ریمتغ دو) ولتاژ ای( بالقوه و یفعل الکترود لیپتانس باشدیم مرتبط الکترود زانیم به حاضر حال در. باشندیم ییایمیالکتروش

کولن در برق مقدار ای و شوندیم يریگ اندازه) A( آمپر با حاضر حال در یسلول يانرژ به ولتاژ يها واکنش)C (هیثان هر در متوسط طور به که است )( ولت با ترودالک دو نیب لیپتانس. کند یم عبور) کنندگان دیبازدV ( بار مقدار هر در) J ژول،( کار ای و يانرژ از واحد يدارا) V( لیپتانس. شودیم يریگ اندازه متر ولت با

از يانرژ از يریگ اندازه سلول بالقوه که يطور به ،V = 1 J / C 1 که، است نیا. است) C( یکیالکتر است. ستین انیجر در یفعل چیه که یزمان اشدب باز مدار در که شود یم گفته سلول. است سلول واکنش

رخ الکترود واکنش چیه ط،یشرا نیا تحت. ندارد وجود الکترودها به یخارج اتصالات چیه که یزمان که، .دهد ینم

واکنش و ها سلول کینامیترمود مورد در اطلاعات باز مدار در یکیگالوان يها سلول لیپتانس از يریگ اندازه) M 1( مولار 1 محلول غلظت که یهنگام ،1 شکل در سلول لیپتانس مثال، عنوان به. ددهیم سلول يها يانرژ. است داده نشان E ° توسط و است سلول استاندارد لیپتانس نام به که است نیا. C، 1.10 V ° 25 در

توسط طمربو ° E به) 3( معادله در شده داده سلول واکنش از) درجه Δ G آزاد يانرژ به بیگ( موجود

Δ G = ° - NF E 5( درجه(

يفاراد نام به است، تناسب ثابت F و است) دو مورد نیا در( انتقال واکنش در ها الکترون تعداد n آن در که لیپتانس از جداول. است سلول مین دو لیپتانس در اختلاف سلول لیپتانس). آن معادل/ کولن 96485(

به توجه با غالبا نیا به توجه با. 1 جدول در ندهینما ارزش است؛ شده ردوا اند واکنش مین استاندارد الکترود لیپتانس به شده داده اختصاص دلخواه به که است،) NHE ای SHE( نرمال ای استاندارد دروژنیه الکترود

Cu 2+ + 2 e − → Cu واکنش مین به ،V 0.34 ارزش، نیبنابرا. جدول صفر سلول مهین

است داده اختصاص

E° = +0.34 V vs NHE و يرو → - E 2+ يرو بازده سلول+ 2+ 2 يرو/ يرو يبرا استاندارد لیپتانس مشابه، طور به

Half Reaction E o vs NHE SOURCE: Bard, Allen J. et al., eds. (1985). Standard Potentials in Aqueous Solutions. New York:

Marcel Dekker.

Li + + e − → Li −3.045

Mg 2+ + 2e − → Mg −2.356

Al 3+ + 3e − → Al −1.67

Zn 2+ + 2e − → Zn −0.7626

Cr 3+ + e − → Cr 2+ −0.424

2H + + 2e − → H 2 0.000

Cu 2+ + 2e − → Cu 0.340

O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O 1.229

F 2 + 2e − → 2F − 2.87

E° = −0.76 V vs

.کندیم راهمف را مس و يرو سلول استاندارد بالقوه بازده سلول مهین لیپتانس دو نیا نیب تفاوت

یزمان ، هستند واحد يها تیفعال در حاضر رجنتس همه که یزمان سلول مین به مربوط استاندارد لیپتانس محلول غلظت از یتابع E بالقوه سلول مین یواقع. باشد یم مولار 1 غلظت کینزد حل راه گونه که است

استاندارد به و نیا به و است ° E واکنش مین يبرا نرنست معادله. است رتبطم نرنست معادله توسط بالقوه یعموم

+ گونه دیاکس NE - → ابدی یم کاهش گونه

و] گونه دهیاکس[ لحاظ از و است،) مطلق( اسیمق نیکلو بر دما T است، یجهان گاز ثابت R آن در که

وحدت نوانع به خالص عاتیما و جامد يها تیفعال. سلول مین در گونه يها تیفعال دلالت] کاهش گونه[25 در. است شده گرفته ° C ، (RT / F) = 0.025 V.

متداول يها يباتر

. شود یم استفاده هیاول يها يباتر ون،یزیتلو يبرا دور راه از کنترل و ،يباز اسباب قوه، چراغ اغلب در

محصولات به رجنتس استفاده، طول در. باشد یم برگشت قابل ریغ هیاول يها يباتر در سلول واکنش به متیق ارزان قوه چراغ يباتر. "است مرده" يباتر تا، شود یم استفاده دهنده واکنش که یهنگام و ل،یتبد

. Leclanche خشک سلول کی نام به یطراح از استفاده با یفروش خرده يها فروشگاه در رسد یم فروش به سلول مرکز در ربنک لهیم کی. است شده ساخته کند یم عمل آند عنوان به که ،يرو از يباتر بدنه

منگنز دیاکس يد ،)کربن( تیگراف پودر مرطوب ریخم کی توسط که است نیا. کند یم عمل کاتد عنوان)MNO 2 ( ومیآمون دیکلر و ،) NH 4 Cl به يرو لندریس ونیداسیاکس آند واکنش. است شده احاطه آنها)

یکل واکنش از ساده نسخه کی. منگنزاست دیاکس يد کاهش شامل يکاتد واکنش. است يرو يونهای است

Zn + 2MnO 2 + H 2 O → Zn 2+ + Mn 2 O 3 + 2OH −

يد کربن کاتد اطراف در رب و است متخلخل يرو مورد که تفاوت نیا با هستند، مشابه ییایقل يها سلول اما هستند، یمعمول کربن يرو يها سلول از تر گران نیا. است دیدروکسیه میپتاس و مرطوب منگنز دیاکس.کنندیم حفظ را بالاتر ولتاژ آنها

نیا. است شارژ قابل و است هیثانو يباتر کی لیاتومب در استفاده مورد سرب دیاس يها يباتر يساز رهیذخ

و ،)هیتخل زمان( موتور شروع يبرا که شود یم استفاده یگالوان سلول کی عنوان به خودرو يباتر که، است شده عنوان یخارج يباتر شارژر کی توسط ای و نامید توسط که یهنگام کیولالکتر لیپ کی عنوان به

کیسولفور دیاس) با تماس در متخلخل سرب صفحات شامل آند. است H 2 SO 4 دیاکس يد شامل کاتد). PbO 2 آن( سرب انیجر سرب دیاکس صفحات به رو صفحات( از الکترونها. کیسولفور دیاس در زین بشقاب،

( سرب انعنو به. دارند Pb که باشندیم+)2 سرب( سرب يونهای شکل به را آن ها، الکترون دهد یم دست از( سولفات يونهای با SO 4 2 ( نامحلول سرب سولفات شکل به محلول در) - PbSO 4 نشان واکنش( باشندیم

PbO 2 آن که یهنگام. دهند یم SO 4 2 با دهد یم نشان واکنش حد از شیب را آن دهند،یم نشان واکنش - PbSO 4 است جامد شکل به محلول در ونی است سلول واکنش.

Pb + PbO 2 + 4H + + 2 SO 4

2− → 2PbSO 4 + 2H 2 O

.شودیم شارژ که یزمان در چپ به راست از و هیتخل يباتر که یهنگام راست به چپ از دارد ادامه و

شود، یم استفاده تلفن مانند میس یب لوازم تلفمخ انواع در يباتر) CAD-کلین( ومیکادم کلین شارژ قابل يد و آند، عنوان به) CD( ومیکادم فلز ه،یتخل هنگام در. کنندیم اداره و حمل قابل يها وتریکامپ ابزار، يباتر حضور به توجه با نامحلول يدهایدروکسیه فلز دو هر. کند یم عمل کاتد عنوان به) NIO 2( کلین دیاکس

هیتخل هنگام در سلول واکنش. دهند یم لیتشک میپتاس دیدروکسیه تیالکترولNiO 2 + Cd + 2H 2 O → Ni(OH) 2 + Cd(OH) 2

.شود یم معکوس شارژ طول در واکنش

Bibliography Bard, Allen J.; Parsons, Roger; and Jordan, Joseph, eds. (1985). Standard Potentials in Aqueous Solutions. New York: Marcel Dekker.

Bard, Allen J., and Faulkner, Larry R. (2000). Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. New York: Wiley.

Bockris, J. M., and Reddy, A. K. N. (1998). Modern Electrochemistry. New York: Plenum.

Oldham, Keith B., and Myland, Janice C. (1994). Fundamentals of Electrochemical Science. New York: Academic Press.

Rieger, Philip H. (1994). Electrochemistry, 2nd edition. New York: Chapman and Hall.