نکات مهم فصل دوم شیمی دوازدهم
در این مقاله، به بررسی نکات مهم فصل دوم شیمی دوازدهم خواهیم پرداخت. شما می توانید برای آشنایی با این نکات کلیدی و کاربردی تا انتهای مقاله با کنکور آسان است همراه باشید.
الکتروشیمی
در الکتروشیمی، مبنای تولید انرژی الکتریکی بر اساس واکنش هایی است که شامل جابه جایی الکترون ها می باشد. دو رکن اساسی که برای ارتقاء سطح رفاه و آسایش در جامعه ضروری هستند، به شرح زیر است:
- دستیابی به مواد مناسب
- تأمین انرژی
الکتروشیمی به عنوان یکی از شاخه های علم شیمی، به بهبود خواص مواد و تأمین انرژی می پردازد. واکنش هایی که در آن ها الکترون ها بین گونه های مختلف جابه جا می شوند، به نام واکنش های اکسایش و کاهش شناخته می شوند.
مرور بر اکسایش و کاهش
هر فرآیند مربوط به از دست دادن یا گرفتن الکترون ها با نیم واکنش مشخص می شود. بنابراین، هر واکنش اکسایش-کاهش شامل دو نیم واکنش است: یکی برای اکسایش و دیگری برای کاهش.
نکته: معمولاً فلزات در واکنش با نافلزها تمایل به اکسایش و تبدیل به کاتیون دارند، در حالی که نافلزها به کاهش و تبدیل به آنیون تمایل دارند. از این رو، فلزات به طور معمول کاهنده و نافلزها اکسنده هستند.
سلول گالوانی
اگر به جای جابه جایی الکترون ها بین واکنش دهنده ها، بتوان الکترون ها را از طریق یک مدار خارجی هدایت کرد، می توان قسمتی از انرژی واکنش اکسایش-کاهش را به انرژی الکتریکی تبدیل نمود. به مجموعه ای که شامل یک الکترود فلزی (M) در محلولی از کاتیون های M(n+) است، نیم سلول گفته می شود.مبحث سلول گالونی یکی از نکات مهم فصل دوم شیمی دوازدهم است.
نکته: اگر غلظت کاتیون در محلول الکترولیت برابر با یک مول در لیتر باشد، آن نیم سلول به عنوان نیم سلول استاندارد شناخته می شود.
توضیحات درباره سلول گالوانی
سلول گالوانی نوعی سلول الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در این نوع سلول ها:
- الکترودی که فرآیند اکسایش در آن انجام می شود، آند نامیده می شود.
- الکترودی که فرآیند کاهش در آن انجام می شود، کاتد نام دارد.
- جهت حرکت الکترون ها در مدار خارجی از آند به کاتد است.
- کاتد به عنوان قطب مثبت و آند به عنوان قطب منفی عمل می کند.
- الکترولیت های دو نیم سلول توسط دیواره ای متخلخل از یکدیگر جدا شده اند.
- کاتیون ها از طریق دیواره متخلخل به سمت کاتد و آنیون ها به سمت آند حرکت می کنند تا توازن خنثی در هر دو نیم سلول حفظ شود.
- فلز فعال تر به عنوان آند عمل می کند.
توجه: در این واکنش، به ازای هر مول فلز، ۲ مول الکترون مبادله می شود.
نیروی الکتروموتوری (emf)
اختلاف پتانسیل تولید شده در یک سلول استاندارد به عنوان نیروی الکتروموتوری (emf) شناخته می شود.
ویژگی های سلول سوختی
- سلول سوختی نوعی سلول گالوانی است که می تواند انرژی شیمیایی ناشی از واکنش اکسایش-کاهش مرتبط با سوختن گازها را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.
- این نوع سلول دارای کارایی بیشتری نسبت به موتورهای درون سوز است. به عنوان مثال، سوزاندن هیدروژن در یک موتور درون سوز تنها حدود ۲۰ درصد بازده دارد، در حالی که اکسایش هیدروژن در سلول سوختی می تواند بازده را تا ۳ برابر (حدود ۶۰ درصد) افزایش دهد.
- سلول های سوختی به عنوان منابع انرژی سبز و دوستدار محیط زیست شناخته می شوند و می توانند ردپای کربن دی اکسید را کاهش دهند.
استاد عارف ربیعیان یکی از بهترین دبیر های درس شیمی است. ایشان با سابقه درخشان و تدریس های فوق العاده،کمک زیادی به شما میکند.
هر سلول سوختی از سه جزء اصلی تشکیل شده است:
- الکترود آند
- الکترود کاتد
- یک غشاء
عدد اکسایش
عدد اکسایش یک اتم در یک ترکیب، برابر با مجموع بارهای مثبت یا منفی است که به آن اتم نسبت داده می شود.
نکات مهم برای محاسبه عدد اکسایش:
- عدد اکسایش یک یون تک اتمی برابر با بار آن یون است؛ مثلاً برای +Na عدد اکسایش ۱+ است.
- عدد اکسایش عناصر در حالت آزاد برابر با صفر است (مانند Fe، O₂، Cu و H₂).
- عدد اکسایش هیدروژن در ترکیبات ۱+ است، مگر در هیدریدهای فلزی (مثل AlH₃، CaH₂ و NaH) که عدد اکسایش آن ها متفاوت است.
- عدد اکسایش اکسیژن در ترکیبات معمولاً ۲- است، به جز در OF₂ که ۲+ و در پراکسیدها (مانند Na₂O₂ و H₂O₂) که ۱- است.
- مجموع عدد اکسایش اتم های یک مولکول برابر با صفر است.
- مجموع عدد اکسایش اتم های یک یون چنداتمی برابر با بار آن یون خواهد بود.
- عدد اکسایش فلزات قلیایی در ترکیبات ۱+ و قلیایی خاکی ۲+ است.
- عدد اکسایش می تواند برای یک اتم در ترکیبات مختلف متفاوت باشد.
سلول الکترولیتی
در این نوع سلول های الکتروشیمیایی، با اعمال یک ولتاژ خارجی و عبور جریان الکتریکی از محلول الکترولیت، می توان واکنشی شیمیایی را در خلاف جهت طبیعی آن به پیش برد.
ویژگی های سلول الکتروشیمیایی:
- دو الکترود در یک الکترولیت قرار دارند که اغلب الکترودهای بی اثر، مانند گرافیت هستند.
- انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی تبدیل می شود.
- اکسایش در آند و کاهش در کاتد انجام می شود.
- جهت حرکت الکترون ها در مدار خارجی از آند به کاتد است.
- در الکترولیت (محلول یونی یا ترکیب یونی مذاب)، کاتیون ها به سمت کاتد و آنیون ها به سمت آند حرکت می کنند.
- سطح انرژی محصولات از واکنش دهنده ها بالاتر است.
- قطب مثبت باتری به آند و قطب منفی به کاتد متصل می شود. (در سلول گالوانی، کاتد به قطب مثبت و آند به قطب منفی متصل است.)
برقکافت آب و تولید هیدروژن
در اطراف آند محیطی اسیدی و در اطراف کاتد محیطی بازی ایجاد می شود.
برقکافت NaCl و تولید فلز سدیم
در صنعت، فلز سدیم از طریق برقکافت سدیم کلرید مذاب در یک سلول الکترولیتی به نام “سلول دانز” تولید می شود.
خوردگی آهن
خوردگی به فرایند ترد شدن، خرد شدن و فروریختن فلزات به دلیل واکنش های اکسایش-کاهش اطلاق می شود. در انتهای مقاله در مورد مقاله << نکات مهم فصل دوم شیمی دوازدهم >> نظر دهید.
زمانی که فلزات در هوا قرار می گیرند، معمولاً اکسید می شوند و به شکل اکسید در می آیند. در برخی فلزات، مانند آهن، با ادامه اکسایش، لایه ای ترد و شکننده تشکیل می شود که به تدریج فرو می ریزد. به این پدیده خوردگی می گویند.
روش های محافظت از آهن در برابر خوردگی:
- استفاده از رنگ (رنگ آمیزی)
- پوشاندن سطح آهن با مواد نفتی مانند قیر (قیراندود کردن)
- پوشاندن سطح آهن با فلز دیگری مانند قلع (Sn) یا روی (Zn) که در برابر خوردگی مقاوم است (روکش کردن)
یک روش دیگر برای جلوگیری از زنگ زدگی آهن، اتصال آن به فلزی مانند منیزیم یا روی است.
آبکاری
آبکاری به فرآیند پوشاندن یک فلز با لایه ای نازک از یک فلز ارزشمند و مقاوم در برابر خوردگی به کمک یک سلول الکترولیتی اطلاق می شود.
فرآیند هال:
آلومینیوم به عنوان یک کاهنده قوی تر از آهن، سریع تر اکسید می شود، اما برخلاف آهن، خورده نمی شود. آلومینیوم در طبیعت به صورت آزاد وجود ندارد و معمولاً به شکل ترکیب یافت می شود. به همین دلیل، این فلز تنها از طریق برقکافت نمک های مذاب آن به دست می آید.
