הבדלים בין גרסאות בדף "תא אלקטרוכימי"

נוספו 80 בתים ,  לפני 12 שנים
שיפור ממש קל - הוספת קישורים
מ
(שיפור ממש קל - הוספת קישורים)
'''תא אלקטרוכימי''' (מכונה גם '''תא חשמלי''' ו'''תא גלווני''') הוא מתקן כימי פשוט, היוצר זרם חשמלי בין שני חלקיו (חצאי-התא), בשל הפרש ה[[פוטנציאל כימי|פוטנציאל הכימי]] ביניהם. הפרש זה מכונה מתח התא, או פוטנציאל התא, ולעתים כוח אלקטרומניע (כא"מ, ובאנגלית electromotive force). בכל אחד מחצאי-התא מתרחשת מחצית אחת של ה[[תגובה כימית|תגובה הכימית]] הכוללת בתא. זוהי תגובה מסוג "חמזור" ([[חמצון]]-[[חיזור]]) – בחצי הנקרא [[אלקטרודה|אנודה]] מתרחש חמצון, ובחצי המכונה [[אלקטרודה|קתודה]] מתרחש חיזור.
תגובות חמזור כרוכות בהעברת [[אלקטרונים]] מהמחזר למחמצן: תא גלווני מפריד בין השניים, והאלקטרונים זורמים לכן מהאנודה אל הקתודה, ויוצרים [[זרם חשמלי]].
==מבנה התא==
===אלקטרודות===
בצורתו הבסיסית ביותר, יכיל כל חצי תא גלווני פיסת [[מתכת]], המכונה [[אלקטרודה]], טבולה בתוך תמיסה מימית של [[יון|יוני]] אותה המתכת החיוביים ([[קטיון|קטיונים]]). לעתים משתמשים בשם "אלקטרודה" לתיאור חצי התא כולו. המתכת והיונים שלה יהיו שונים בכל אחד מחצאי התא. באנודה, בה מתרחש חמצון, תתפרק אלקטרודת המתכת בהדרגה אל תוך התמיסה, כשאטומי המתכת הנייטרליים ימסרו את האלקטרונים שלהם ויצאו אל התמיסה כיונים טעונים חיובית. בקתודה, בה מתרחש חיזור, תצופה האלקטרודה באטומי מתכת שיצאו מהתמיסה – כלומר בקטיונים שיקבלו, על גבי האלקטרודה, אלקטרונים המגיעים מחצי תא החמצון. כדי לאפשר את זרימת האלקטרונים מהאנודה לקתודה, מחוברות שתי האלקטרודות בתיל מוליך. באופן כללי, זו התגובה המתרחשת בחצאי התא הפשוטים ביותר – בקתודה משמאל לימין, ובאנודה מימין לשמאל:
 
<div style="direction: ltr;">
 
===גשר מלח===
תוספת הקטיונים לתמיסה באנודה, וגריעת הקטיונים מהתמיסה בקתודה, יביאו – תוך שניות מספר מחיבור האלקטרודות זו לזו – לעצירת הזרם. זאת משום שבכל אחת מהתמיסות ייווצרו [[מטען חשמלי]] ו[[שדה חשמלי]] שכוחם על הקטיונים גדול מהפוטנציאל החשמלי בתא. כדי לפתור בעיה זו, ולאפשר את איזון המטענים בשתי התמיסות, מחברים אותן בגשר מלח – מתקן המחזיק [[מלח (כימיה)|מלח]] מסיס (KNO3 הוא בחירה שגרתית) ומשחרר אניונים לאנודה וקטיונים לקתודה. לרוב, משמשת צינורית זכוכית שצורתה U וקצותיה נקבוביים כגשר מלח: היונים עוברים דרך הנקבים, ללא זליגה חופשית של התמיסה. [[נייר סינון]] ספוג בתמיסת המלח, או תמיסה ג'לית (מבוססת [[אגר]]) של המלח יבצעו את אותה פעולה. אפשרות מסובכת יותר היא הפרדת שני חצאי התא במחיצה נקבובית.
===מבנים אחרים===
כאשר אין בין מרכיבי חצי התא מתכת, ישמש כאלקטרודה מוט עשוי מתכת אדישה (אינרטית) כגון [[פלטינה]]. במקרים בהם המומסים בתא הם מחזרים חזקים מיוני פלטינה (שהפוטנציאל שלהם 1.2V+), עלולה הפלטינה להתחמצן, ואז מחליפים אותה במוט גרפיט, טבול בתוך תמיסת חצי התא. מערכות מסוימות מכילות גזים[[גז]]ים, המבעבעים לתוך תמיסת חצי התא סביב האלקטרודה.
==תא תקני==
מדידת פוטנציאלים מוחלטים, להבדיל ממדידת ההפרש ביניהם (המתח) היא משימה קשה. כדי לאפשר השוואה בין פוטנציאלי חצאי תא שונים, נעשה תיקנון (סטנדרטיזציה) של חצאי התא השונים: תא תקני הוא תא ש[[אקטיביות]] המומסים בו היא 1 (בקירוב 1M), לחץ הגזים בו 1bar (בקירוב אטמוספירה אחת), והטמפרטורה שלו היא 25 מעלות צלזיוס.
לפיכך, בחצי תא הברזל יקטן ריכוז יוני הברזל ואילו בחצי תא המגנזיום יגדל מספר יוני המגנזיום. לכן, קטיונים מגשר המלח יזרמו לעבר תא הברזל ואניונים מגשר המלח יזרמו לעבר תא המגנזיום.
 
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 אלקטדורת 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 [[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 הוא 0.77+ [[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: 3.14 וולט.
 
הסיבה שלחומרים מסוימים יש פוטנציאל חיזור חיובי ולאחרים שלילי היא יחסית. [[הקהילה המדעית]] הגדירה את חצי התא [[מימן]] (שבו יוני [[הידרוניום]] הופכים לגז מימן ולמיםול[[מים]] כנקודת ייחוס לשאר המדידות, וקבעה את הפוטנציאל שלו ל-0.
לכן:
 
5,328

עריכות