Sähkökemiaa

Sähkökemia

Sähkökemia on kemian osa-alue, jossa tutkitaan kemiallisia reaktioita joissa kuluu tai vapautuu sähköenergiaa
(Tavallaan kaikki kemia on "sähkökemiaa"
- "sähkö" tarkoittaa elektronien (tai muiden varauksellisten hiukkasten kuten ionien) liikettä
- kaikki kemialliset reaktiot liittyvät elektronien liikkumiseen paikasta toiseen
- sähköjohdoissa kulkeva sähkö on nimenomaan elektronien liikettä, ionit ei mahdu kulkemaan metalliatomien välissä.)

hapettuminen = elektronien luovuttamista
pelkistyminen = elektronien vastaanottamista

← Epäjalot metallit

Jalometallit →

Jännitesarja kertoo kuinka helposti metalli luovuttaa ulkoelektroninsa
- Tämä riippuu metalliatomin rakenteesta (elektronit, protonit, neutronit)
- Mitä enemmän vasemmalla, sitä helpommin luovuttaa (ulko)elektronejaan!
Metallit jaetaan jaloihin ja epäjaloihin vertaamalla niitä vedyn hapettumiskykyyn.
- Epäjalot metallit vapauttavat hapon kanssa reagoidessaan vetykaasua
  - (vety pelkistyy! [[$ 2 H^+ + 2 e^- \rightarrow H_2 $]])
- Jalometallit eivät reagoi happojen kanssa muodostaen vetyä
  - (jotkut jalometallit voivat vapauttaa happihappojen kanssa reagoidessaa kaasumaisia oksideja)
    - kupari + typpihappo: reaktioyhtälö, video

Epäjalompi metalliatomi pelkistää jalomman metalli-ionin (atomiksi)

ELI: kun kaksi metallia reagoi keskenään, niin

epäjalompi hapettuu (luovuttaa elektroneja!)
jalompi pelkistyy (vastaanottaa elektroneja!)
JOS jalompi metalli on valmiiksi pelkistyneenä (atomi, puhdas metalli) TAI
JOS epäjalo metalli on valmiiksi hapettuneena (yhdisteenä tai positiivinen ioni)
- niin reaktiossa ei tapahdu mitään!
- esimerkit kirjan s.209

Ihmiset arvostavat jalometalleja niiden ulkonäön ja pysyvyyden takia.
Kultaa voi löytää luonnosta pelkistyneenä metallina, kun useimmat metallit ovat maankuoressa yhdisteinä (usein oksideina!)
Hopea esiintyy usein rikin yhdisteinä
- Tummumat hopeaesineissä ovat hopeasulfidia (AgS₂), joka on helppo pelkistää takaisin hopeaksi elektrolyytin ja epäjalomman metallin avulla (esim. Al)
Se, että metalli on jaloa ei tee siitä välttämättä arvokasta!
Arvometalliksi kutsutaan metallia, joka haluttujen ominaisuuksiensa lisäksi on myös harvinaista.
- Mitä vähemmän metallia on saatavilla sitä korkeampi hinta (yleensä).

Luigi Galvani luuli keksineensä "eläinsähkön"

https://backyardbrains.com/experiments/Galvani_Volta
Alessandro Volta osoitti, että kahden metallin välillä kulkee sähkövirta, jos ne on upotettu sähköä johtavaan liuokseen eli elektrolyyttiin
Elektrolyytti = ioneja sisältävä liuos (joka johtaa siksi sähköä)
Lisätietoa:
- Eläinten (ja ihmisten) kudosnesteet ovat elektrolyyttejä
- Kaikki ihmisen solujen, hermojen ja lihasten toiminta perustuu sähkökemiaan
- Eläimiä ei siis tarvittu muuhun kuin elektrolyytiksi!

Kahden eri metallin välille muodostuu potentiaaliero eli jännite
- Sitä suurempi mitä kauempana toisistaan jännitesarjalla

Paristot ovat sähköparin sovelluksia
- sinkki-hiili -paristo: Zn + MnO₂, elektrolyyttinä NH₄Cl-hyytelö (hiilisauva päällystetty mangaanioksidilla)
- alkaliparistoissa elektrolyyttinä emäs (eli alkali) NaOH tai KOH (elektrodeina edelleen Zn + MnO₂)

Akuissa kemialliset reaktiot ovat käännettäviä
- käytettäessä (eli purettaessa) sähköpari antaa sähkövirtaa
- ladattaessa reaktio etenee päinvastaiseen suuntaan (ulkoinen jännitelähde!)
- Litiumioniakku on nykyisin yleisin ladattavissa sähkölaitteissa käytettävä energianlähde

HUOM! Paristoja ei voi ladata! Kemiallinen reaktio ei toimi elektrolyysissä ja tuloksena on voimakas lämpötilan nousu ja mahdollinen räjähdys.

Elektrolyysissä sähköparissa tapahtuva reaktio pakotetaan päinvastaiseen suuntaan ulkoisella jännitelähteellä (sähköllä!)
positiiviset ionit pelkistyvät alkuaineeksi katodin pinnalle (+ ja - navat toisin päin kuin sähköparissa!)
käyttöä: epäjalojen metallien puhdistus, kaasujen valmistus, sähköä johtavien esineiden pinnoitus