הבדלים בין גרסאות בדף "תא אלקטרוכימי"

הוסרו 29 בתים ,  לפני 3 שנים
clean up באמצעות AWB
(clean up באמצעות AWB)
[[קובץ:ElectrochemCell.png|שמאל|ממוזער|300px|תא אלקטרוכימי]]
 
'''תא אלקטרוכימי''' הוא התקן [[כימיה|כימי]] שמסוגל לייצר [[חשמל]] באמצעות [[תגובה כימית|תגובות כימיות]] או לנצל חשמל לצורך ביצוע תגובות כימיות. תא שמייצר חשמל קרוי '''תא גלווני''' ותא שמבצע [[אלקטרוליזה]] קרוי [[תא אלקטרוליטי|'''[[תא אלקטרוליטי]]''']].
 
בתא גלווני הפרש של [[פוטנציאל כימי]] בין שני חלקי התא אחראי ליצירת ה[[מתח חשמלי|מתח החשמלי]] ([[כוח אלקטרו מניע]]) בין שתי ה[[אלקטרודה|אלקטרודות]] הקבועות בכל אחד מחצאי התא. בכל אחד מחצאי התא מתרחשת מחצית אחת של [[תגובה כימית|התגובה הכימית]] הכוללת בתא. זוהי תגובה מסוג [[חמצון-חיזור]] – בחצי הנקרא [[אנודה]] מתרחש חמצון, ובחצי המכונה [[קתודה]] מתרחש חיזור. תגובות חמצון-חיזור כרוכות בהעברת [[אלקטרונים]] מהמחזר למחמצן: תא גלווני מפריד בין השניים, והאלקטרונים זורמים לכן מהאנודה אל הקתודה, ויוצרים [[זרם חשמלי]].
===הסבר התופעה===
פוטנציאל החיזור, היכולת לקבל אלקטרונים, של הברזל גדול מזה של המגנזיום, ולכן תתחיל תנועת אלקטרונים מחצי תא המגנזיום לחצי תא הברזל. כתוצאה מכך המגנזיום המוצק יתפרק לקטיונים טעונים חיובית ואלקטרונים, ואילו יוני הברזל יקבלו אותם ויהפכו לברזל מוצק.
לפיכך, בחצי תא הברזל יקטן ריכוז יוני הברזל (ירידה בריכוז הקטיונים) ואילו בחצי תא המגנזיום יגדל מספר יוני המגנזיום (ויקטן ריכוז האניונים). לכן, קטיונים מגשר המלח יזרמו לעבר תא הברזל ואניונים מגשר המלח יזרמו לעבר תא המגנזיום (קטיונים לקתודה ואניונים לאנודה).
 
מהלך הזרם הוא כדלקמן: האלקטרונים שנוצרו כתוצאה מפירוק אלקטרודת המגנזיום נעים על [[מוליכות חשמלית|המוליך]] המתכתי שמחבר בין שני חצאי התאים לעבר הנורה ומשם לאלקטרודת הברזל. הברזל המוצק נטען באלקטרונים העוברים ליונים בעלי המטען החיובי של הברזל. כך הם נהפכים לברזל [[מוצק]] שמצפה את אלקטרודת הברזל ומוסיף ל[[מסה|מסתה]]. קטיונים עוברים מגשר המלח לחצי תא הברזל ואניונים לחצי תא המגנזיום. הולכת הזרם מתאפשרת, אם כן, הודות לקיומו של גשר המלח, המספק יונים ניידים.
 
תא אלקטרוכימי תקני הוא תא שכל אחד מחצאי התאים שלו תקני. הכוונה שה[[טמפרטורה]] של מערכת הניסוי תהיה טמפרטורת החדר, 25 מעלות צלזיוס, שכל הגזים המעורבים בתגובה יהיו בלחץ של [[אטמוספירה]] אחת ושריכוז היונים בכל אחת מהתמיסות הוא [[ריכוז מולרי|מולר]] אחד- 1M ([[מול]] יונים ל[[ליטר]] [[מים]]). עם ההתקדמות עד לקבלת שיווי משקל יירד מתח התא עד שהנורה תכבה. במצב זה נוצר שוויון פוטנציאלים שנדון במסגרת ה[[אלקטרוכימיה]]. פוטנציאל החיזור של חצי תא ברזל תקני ((Fe(s)|Fe<sup>2+</sup>(aq) הוא 0.45- [[וולט]] ואילו פוטנציאל החיזור של חצי תא מגנזיום הוא 2.37-. אם נחסר את הערך הגבוה מן הערך הנמוך נקבל את המתח הראשוני של התא: 1.92 וולט.
כמו בכל תגובה המתבססת על שיווי משקל כימי, גם לתא האלטרוכימי ניתן להפריע ולחזות את התוצאות. לפי [[עקרון לה שטליה]], כל פעולה שנבצע תגרום לתגובה הפוכה של המערכת. את פוטנציאל החיזור של כל חצי תא יש לראות כתוצר. אם נוסיף למשל לחצי תא הברזל מלח המכיל ברזל, אז הגדלנו את [[ריכוז (כימיה)|ריכוז]] המגיב (יוני הברזל) ולכן המערכת תפעל להורדתו. כך יעלה הפוטנציאל של חצי תא הברזל ונוכל לקבל מתח גדול יותר. באותו אופן, אם [[מהילה|נמהול]] את התמיסה של חצי תא המגנזיום, אז המערכת תפעל כדי להעלות את הריכוז וכך פוטנציאל החיזור של חצי תא המגנזיום יקטן. שוב, נוכל לקבל זרם התחלתי גבוה יותר כעת שאחד מחצאי התאים אינו תקני.
 
הוספה או החלפה של אלקטרודה כלשהי באלקטרודה אחרת קטנה או גדולה יותר, לא יצור שינוי במערכת. כמות האטומים המוצקים גדולה בהרבה מכמות היונים בתמיסה בכל חצי תא, ולכן שינוי במסת האלקטרודה, גדול ככל שיהיה לא יגרור תגובה. (הדבר דומה ללקיחת או לנתינת שקל למיליונר).
 
המתח המקסימלי בין חצאי תא תקניים יתקבל בין חצי תא תקני של [[פלואור]] (פלואור הוא המחמצן החזק ביותר) לחצי תא תקני של [[ליתיום]] (ליתיום הוא המחמצן החלש ביותר, הוא החזק ביותר מבחינת חיזור). חצי תא הפלואור יהיה קתודה וחצי תא הליתיום יהיה אנודה. המתח ההתחלתי בתא זה יהיה 5.9 וולט.