Studiu comparativ Electroliza - Element galvanic prezentare powerpoint

1. Studiu comparativ:
Electroliza - Element Galvanic
Realizat de Lucian Mihăilescu

2. Cuprins
1. Definiție generală
2. Scurt istoric al elementului galvanic
3. Scurt istoric al electrolizei
4. Celula electrochimică
1. Celula electrolitică
2. Celula galvanică
3. Diferența dintre celula galvanică și electrolitică
4. Concluzie
5. Aplicații ale electrolizei
1. Electroliza apei
2. Obținerea metalelor și nemetalelor
3. Metoda de purificare a metalelor
4. Electroplacarea
5. Alte aplicații ale electrolizei
6. Aplicații ale elementului galvanic
1. Baterii de sare
2. Baterii alcaline
3. Baterii de litiu
4. Acumulatori plumb-acid
7. Cum putem construi o pilă galvanică?
2

3. Definiție generală
Electroliza este procesul de orientare și separare a ionilor unui electrolit (substanță a
cărei molecule prin dizolvare sau topire se disociază în ioni, permițând trecerea
curentului electric continuu) cu ajutorul curentului electric continuu.
În procesul de electroliză, ionii pozitivi sau cationii sunt dirijați înspre catod (pol negativ),
iar ionii negativi sau anionii înspre anod (pol pozitiv) unde își pierd sarcina și se depun sau
intră în reacție chimică. La anod se produce un proces de oxidare, în timp ce la catod unul
de reducere.
Elementul galvanic (sau celulă galvanică, pilă electrică sau celulă voltaică) este un
generator electrochimic de curent continuu bazat pe transformarea spontană a energiei
chimice în energie electrică.
Este alcătuit din două plăci conductoare de naturi diferite (electrozii), introduse într-o
soluție de electrolit; una din ele reprezintă catodul (polul pozitiv) sursei de curent, iar a
doua placă - anodul (polul negativ).
3

4. Scurt istoric al electrolizei
În anul 1800, William
Nicholson și Johann
Ritter au descompus
apa în hidrogen și
oxigen
În 1807 - 1808, au fost
descoperite 5 metale
folosindu-se electroliza,
de către savantul
Humphry Davy.
Aceste metale sunt:
potasiul, sodiul, calciul,
bariul și magneziul
În 1834, Michael Faraday
enunță legea electrolizei,
lege ce stă la baza
electrochimiei. Tot el este
cel ce introduce termenii
de ion, catod, anod,
anion, cation și echivalent
electrochimic.
4

5. Scurt istoric al elementului
galvanic
Luigi Galvani a fost un
medic italian care printr-o
întâmplare a descoperit la
6 noiembrie 1780
procedeul de galvanizare,
procedeu care îi va purta
mai târziu numele.
În 1800 fizicianul italian
Alessandro Volta a
inventat prima baterie
electrică din istorie, așa-
numita “pilă voltaică”.
Ulterior numele său a fost
dat unității de tensiune
electrică (volt).
În 1836 chimistul britanic
John Frederic Daniell a
inventat Pila Daniell de
curent continuu constituită
dintr-un vas de Cu ce
conținea o soluție de CuSO₄
în care a imersat un alt vas
de ceramică umplut cu
H₂SO₄ și un electrod de Zn.
5

6. Celula electrochimică
Reprezintă sistemul format prin cuplarea a 2 electrozi,
contactul între ei realizâdu-se prin intermediul
conductorilor de ordinul II (soluţiilor).

7. 7
Celula electrolitică utilizează un curent electric pentru progresia
unei reacții chimice. Curentul electric este utilizat în aceste celule
pentru a obține o reacție non-spontană.
Procesul realizat de celula electrolitică este cunoscut sub numele de
electroliză. Anodul celulei electrolitice este încărcat pozitiv, iar
catodul este încărcat negativ. Reacția de oxidare are loc în catod, în
timp ce reacția de reducere are loc în anod.
De exemplu, dacă folosim electrodul Zn și electrod Cu, putem obține
procesul invers al celor de mai sus, aplicând o tensiune adecvată. Apoi
Zn va fi depus pe electrodul Zn, iar electrodul Cu își va reduce masa
prin oxidare. Cu toate acestea, în celulele electrolitice, cei doi electrozi
sunt cufundați în aceeași soluție electrolitică.
Celula electrolitică

8. 8
Celula galvanică este o celulă electrochimică care poate produce
energie electrică cu ajutorul unei reacții chimice. Această reacție
chimică este o reacție redox care include o reacție de oxidare și o
reacție de reducere care apar în același timp. Dar aceste reacții de
oxidare și reducere au loc în două soluții separate.
Cele două soluții sunt conectate între ele printr-o punte de sare, iar cei
doi electrozi sunt conectați extern între ei printr-o bucată de sârmă.
Acest fir poate fi conectat la un voltmetru pentru a măsura potențialul
celulei. Metalul de zinc pierde cu ușurință electroni. Prin urmare, atomii
de Zn ai electrodului de zinc pot elibera electroni, devenind cationi
încărcați pozitiv. Apoi, acești ioni Zn +2 sunt eliberați în soluția în care
electrodul este cufundat. Aceasta face ca masa electrodului de zinc să
se reducă.
Celula
galvanică

9. Diferența dintre celula galvanică și cea electrolitică
Definiție
Celula galvanică produce energie
electrică cu ajutorul unei reacții
chimice.
Celula electrolitică folosește un
curent electric pentru progresia
unei reacții chimice.
Tehnică
Celula galvanică transformă
energia chimică în energie
electrică.
Celula electrolitică transformă
energia electrică în energie
chimică.
Reacție chimică
În celula galvanică are loc o
reacție redox spontană.
În celula electrolitică, apare o
reacție redox non-spontană.
Anod și Catod
În celula galvanică, anodul este
încărcat negativ, iar catodul este
încărcat pozitiv.
În celula electrolitică, anodul este
încărcat pozitiv, iar catodul este
încărcat negativ.
Utilizări practice
Celulele galvanice sunt utilizate ca sursă de curent electric și
sunt mai frecvent denumite baterii sau acumulatori.
Celulele electrolitice au diferite utilizări practice, unele dintre
ele făcând hidrogen și gaz oxigen pentru aplicații comerciale și
industriale, galvanizare, extragerea metalelor pure din aliaje și
așa mai departe.
9

10. 10
Celula electrochimică -
Concluzie
Celula electrochimică este compusă din două jumătăți de celule sau electrozi ale
căror contact este realizat printr-un electrolit (conductor ionic). Semicarcasele, dacă
sunt separate, pot fi unite printr-o punte de sare (soluție concentrată de electroliți în
gel de agar-agar).
Celula galvanică produce curent electric bazat pe o schimbare chimică care apare
spontan în ea. Celula electrolitică face exact opusul: curentul are ca rezultat o
schimbare chimică. Pentru ca celula să fie galvanică, în ea trebuie să apară schimbări
chimice spontane.

11. Aplicații ale electrolizei
Aplicarea electrochimiei permite să se obțină cantități
mari de produse importante, cum sunt: hidrogenul,
oxigenul, clorul, hidroxizii alcalini, peroxizii, oxiclorurile
etc.

12. 12
Electroliza apei
Electroliza apei reprezintă descompunerea apei în gazele oxigen și hidrogen ca urmare
a trecerii unui curent electric prin apă. Reacția standard are un potențial de -1.23 V, ceea
ce înseamnă că în mod ideal necesită o diferență de potențial electric de 1,23 de volți
pentru a putea descompune apa.
O sursă de energie electrică de curent continuu este conectată la doi electrozi, sau două
plăci (de obicei realizate dintr-un metal inert, cum ar fi de platină, oțel inoxidabil sau
iridiu), care sunt plasate în apă. Hidrogenul va apărea la catod (caz în care electronii intră
în apă), iar oxigenul va apărea la anod. Presupunând o eficiență faradaică ideală,
cantitatea de hidrogen generată este de două ori cantitatea de oxigen, și ambele sunt
proporționale cu sarcină electrică totală condusă de soluție. Cu toate acestea, în multe
celule apar reacții secundar concurente, rezultând diferite produse și o eficiență mai
redusă decât eficiența faradaică ideală.

13. 13
Obținerea metalelor și nemetalelor
Metalele din grupele I, a II-a și a III-a principala se obtin industrial prin
electroliza topiturilor. Beriliul metalic se obține prin electroliza unui amestec
topit de BeF2 și o fluorură alcalina iar strontiul, un alt metal al grupei a II-a se
obține similar cu calciul.
Procedeele electrochimice sunt singurele care fac posibila obtinerea metalelor
cu potențial de oxidare mare. Obținerea aluminiului este un proces tehnologic
complex care cuprinde doua etape distincte: obtinerea aluminei din bauxita și
electroliza oxidului de aluminiu.
Nemetalul care se obține pe calea electrolizei este fluorul. Pentru electroliza
se utilizează un amestec de fluorură de potasiu si acid fluorhidric.
Temperatura la care se efectuează electroliza se stabilește în funcție de
compoziția electrolitului.

14. 14
Metoda de purificare a metalelor
O altă aplicație a electrolizei cu anozi activi (care se consuma în decursul electrolizei)
este electrorafinarea. Aceasta metoda este utilizată în procesul de obținere a
cuprului de mare puritate și pentru recuperarea metalelor prețioase. De fapt,
rafinarea electrolitica reprezinta ultima etapa in metalurgia cuprului.
Electroliza cuprului are loc astfel:
În baia de electroliză ce contine ca electrolit o soluție acidulata de CuSO4 se introduc
o serie de plăci groase de cupru impur și se leagă de anodul sursei de curent. Între
plăcile anodice se intercaleaza plăci subțiri de cupru pur, legate la polul negativ al
sursei de curent. În aceste condiții trec în soluție din plăcile anodice numai ionii de
cupru și ionii impuritatilor metalice, care se găsesc în seria tensiunilor electrochimice
înaintea cuprului. La catod se descarca numai ionii de cupru, potențialul de
descărcare al celorlalți fiind mai ridicat, aceștia rămân în soluție.
La anod : Cu ---> Cu2+ + 2e- La catod: Cu2+ + 2e- ---> Cu
Reacția totală: Cu2+ + Cu ---> Cu ---> Cu2+

15. 15
Electroplacarea
Constă în aplicarea unui strat fin, ornamental și protector al unui metal pe altul. Este o tehnică comună utilizată
pentru a îmbunătăți aparența și durabilitatea unor obiecte metalice. De exemplu aurul și platina sunt aplicate
pe bijuterii fabricate din materiale ieftine. Grosimea acestor straturi variază între 0.03 și 0.05 mm.
Compoziția băii de electrolit variază, și este des ținută secret, dar de obicei ea depinde de metalul ce urmează a
fi depozitat, și poate afecta durabilitatea și calitatea suprafeței. De exemplu, argintul depus dintr-o soluție de
nitrat de argint nu se lipește prea bine de o suprafata metalica. Dacă este depus dintr-o soluție ce conține ioni
de Ag(CN)2-, atunci el adera bine căpătând luciu. Alte metale ce sunt electroplacate în asemenea bai sunt aurul
și cadmiul. Nichelul, ce poate fi și el folosit ca strat protector, este placat dintr-o soluție de sulfat de nichel, iar
cromul este placat dintr-o soluție de H2CrO4.

16. 16
Alte aplicații ale electrolizei
Electroliza se mai utilizează în instrumente de masurare ale pH-ului. Aceste
instrumente compară pH-ul soluției cu cel al electrodului corespunzător.
O alta aplicație este utilizarea electrolizei la eliminarea părului nedorit de pe
corp. Eliminarea părului are loc prin aplicarea unei tensiuni foarte mici într-o
soluție de NaCl ce se află la rădăcina părului. În urma electrolizei rezulta
NaOH ce arde rădăcina părului, distrugand firul. Aceasta tehnică este scumpă
si deține critici. Produce durere în funcție de zona ce este electrocutata,
durerea putand chiar fi uriașă în cazul unor tensiuni prea mari.
Electroliza se mai utilizează în industria uleiului comestibil, în instalațiile de
întărire a grăsimilor atât animale cât și vegetale.

17. Aplicații ale elementului galvanic
Elementul galvanic are o vastă aplicabilitate în domenii
precum: industria spațială, producția de aeronave, jucării
pentru copii, echipament medical, computere etc.

18. 18
Baterii de sare
De mult timp, acest tip de baterii este cel mai popular, datorită raportului de
calitate și prețului. Cu toate acestea, în ultimii ani, producătorii din ultimii ani
au redus producția de elemente galvanice sărate și chiar refuză să fie emise,
deoarece cerințele pentru sursele de energie sunt crescute de producătorii de
tehnologie electronică.
Avantajele bateriilor de sare sunt:
- Acceptabil parametrii electrici
pentru multe domenii de utilizare.
- Ușurință în utilizare.
- Prețul mic datorită costurilor mici
de producție.
- Tehnologie simplă de fabricație.
- Materii prime ieftine și accesibile.
Dezavantajele bateriilor de sare sunt:
- Durata de valabilitate mică, nu mai
mult de 2 ani.
- O scădere bruscă a capacității la
creșterea curentului de funcționare la
valorile operaționale ale
consumatorilor moderni.
- Reducerea rapidă a tensiunii în timp
ce lucrați.

19. 19
Baterii alcaline
Elementele de putere alcalină au apărut în mijlocul secolului trecut. În ele, dioxidul de
mangan este în ele ca agent de oxidare și agentul de reducere a zincului de pulbere.
Acest lucru face posibilă creșterea suprafeței.
Amalgamingul a fost utilizat pentru a preveni coroziunea înainte. Dar, după interdicția
de mercur, pulberile de zinc purificate sunt utilizate cu adăugarea altor metale și
inhibitori de coroziune.
Substanța activă a anodului din bateriile alcaline a fost zincul purificat sub formă de
pulbere cu adăugarea de aluminiu, indiu sau plumb. Amestecul activ al catodului
include dioxid de mangan, salvie de acetilenă sau grafit. Electrolitul bateriilor alcaline
constă dintr-o Natra caustică sau potasiu cu adăugarea de oxid de zinc.
Pentru mulți parametri de bază, elementele galvanice alcaline sunt superioare
elementelor de sare. Prin urmare, volumul bateriilor alcaline este în creștere în
prezent.

20. 20
Baterii de litiu
Există baterii de litiu și având diferențe mari între ei. Bateriile au un electrolit
organic solid, spre deosebire de alte tipuri de elemente. Elementele de litiu
sunt utilizate în locuri unde sunt necesare curenții de descărcare medie și mic,
o tensiune de funcționare stabilă. Bateria litiu poate fi reîncărcată un anumit
număr de ori, iar bateriile nu sunt destinate acestui lucru și sunt utilizate o
singură dată. Ele sunt interzise să se deschidă sau să se reîncarce.
Avantajele bateriilor de litiu sunt:
- Interval de temperatură la nivel de
funcționare.
- Dimensiuni compacte și greutate.
- Operație lungă.
- Parametri stabili în diferite condiții.
- Container mare.
Dezavantajele bateriilor de litiu sunt:
- Posibilitatea unei aprinderi bruște în
nerespectarea regulilor de utilizare.
- Preț ridicat, comparativ cu alte tipuri
de baterii.

21. 21
Acumulatori plumb-acid
Acumulatorul face parte din categoria pilelor secundare, în care reactantii consumați în
timpul producerii curentului electric se pot regenera prin trecerea unui curent electric
prin pila în sens invers(electroliza).
Bateria unui automobil este alcatuita din 6 acumulatoare cu plumb. Acumulatorul cu
plumb este alcătuit din: anod – grătar din aliaj de plumb cu golurile umplute cu plumb
spongios; catod – grătar din aliaj de plumb cu golurile umplute cu PbO2; electrolit:
solutie de H2SO4 38% (densitate 1,29 g/cm3) în stare încărcată.
Funcționarea acumulatorului (descarcare):
(-) Pb0 + H2SO4 à Pb+2SO4 + 2H+ + 2e- oxidare
(+)Pb+4O2 + H2SO4 + 2H+ + 2e- à Pb+2SO4 + 2H2O reducere
În procesul descărcării, acidul sulfuric se consumă, densitatea soluției scade;
acumulatorul funcționează ca un element galvanic. Când tensiunea ajunge la
1,8V acumulatorul trebuie încărcat.

22. Cum putem construi o pilă galvanică?
22
Realizaţi un electrod de zinc.Pentru aceasta turnaţi într-un pahar Berzelius soluţie
de sulfat de zinc,ZnSO4,de concentraţie 1M,şi cufundaţi în soluţie o placă de zinc.
Construiţi în aceeaşi manieră şi un electrod de cupru,folosind soluţie de sulfat de
cupru,CuSO4,de concentraţie 1M şi o placă de cupru.
Se umple un tub în formă de U cu soluţie saturată a unei sări ( KCl, NaCl
NaNO3,NH4NO3). Capetele tubului se astupă cu dopuri de vată sau hârtie de
filtru.Tubul astfel pregătit se introduce cu un băţ în fiecare pahar.
Acest tub se numeşte punte de sare si face legătura dintre soluţiile celor doi
electrozi. Între plăcile de cupru şi zinc se conectează un voltmetru si un
întrerupător. Închideţi circuitul electric cu ajutorul întrerupătorului şi observaţi acul
indicator al voltmetrului .

23. Mulțumesc
pentru atenția
acordată!
23

24. Bibliografie
✘ https://ro.wikipedia.org/wiki/Electroliz%C4%83
✘ https://ro.wikipedia.org/wiki/Baterie_alcalin%C4%83
✘ https://ro.weblogographic.com/difference-between-galvanic
✘ https://ro.wikipedia.org/wiki/Element_galvanic
✘ https://ro.sawakinome.com/articles/chemistry/unassigned-4118.html
✘ https://pediaa.com/difference-between-electrochemical-cell-and-electrolytic-
cell
✘ https://www.scribd.com/doc/316114501/Istoria-Si-Evoluta-Elementelor-Galvanice
✘ https://galvcell.wordpress.com/category/pile-galvanice/
✘ https://www.rasfoiesc.com/educatie/chimie/Electroliza-si-aplicatiile-ei24.php
✘ https://galvcell.wordpress.com/category/electroliza
✘ https://minussv.ru/ro/equipment/galvanicheskie-elementy-i-akkumulyatory---
ustroistvo-princip-raboty-vidy/
24