1Doc. dr N. Peji

ELEKTROLIZA

2Doc. dr N. Peji

PlanPlanPlanPlanPlanPlanPlanPlan predavanja:predavanja:predavanja:predavanja:predavanja:predavanja:predavanja:predavanja: Elektroliza Elektroliza FaradejeviFaradejevi zzakoniakoni elektrolizeelektrolize Elektrohemijske metode koje se Elektrohemijske metode koje se

zasnivaju na procesima elektrolize zasnivaju na procesima elektrolize ( (princip i izvoenjeprincip i izvoenje)) PPrimenarimena

3Doc. dr N. Peji

LITERATURALITERATURALITERATURALITERATURA

1. M. Medenica, D. Maleev, Eksperimentalna fizika hemijawww.pharmacy.bg.ac.rs/predmeti/instrumentalnemetode (5MRF20INM)/ceo.pdf2. M. Medenica, Skripta: Instrumentalne metode, deo B

4Doc. dr N. Peji

VaVaVaVaVaVaVaVani ni ni ni ni ni ni ni pojmovipojmovipojmovipojmovipojmovipojmovipojmovipojmovizazazazazazazaza popopopopopopopoetak...etak...etak...etak...etak...etak...etak...etak...

Elektrohemijska elija Elektroliza Elektrolitika elija

5VE STE NAUILI

Elektrohemijska elija (E): ELEKTROLIT I DVA METALNA IZVODA

ElektrolitElektrolit jonski provodnikjonski provodnik Elektronski provodnici Elektronski provodnici MM

Shema EShema EShema EShema EMMMM1111 i Mi Mi Mi M2222 su metalni provodnici su metalni provodnici su metalni provodnici su metalni provodnici

elektrielektrielektrielektrini izvodi ni izvodi ni izvodi ni izvodi elijeelijeelijeelije

M1 M2

elektrolit

Uloga MUloga M da se preko njih zatvara elektrida se preko njih zatvara elektrino kolono kolo

neposrednim povezivanjem, ilineposrednim povezivanjem, ili preko 3. metalnog provodnikapreko 3. metalnog provodnika

Ostvaruje se uslov za kruOstvaruje se uslov za kruni tok elektrini tok elektrine struje ne struje i omogui omogueno odigravanje eno odigravanje elektrohemisjkihelektrohemisjkih

procesaprocesa

6VE STE NAUILI

Elektrina struja kroz E moe da se pokrene na 2 naina:

1. Povezivanje elektroda pomou metalnog provodnika u zatvoreno elektrino kolo

Spontano se odigravaju elektrodne reakcije Elektrina E se oslobaa na raun E spontane hemijske reakcije

1. Povezivanje elektroda pomou metalnog provodnika u zatvoreno elektrino kolo

Spontano se odigravaju elektrodne reakcije Elektrina E se oslobaa na raun E spontane hemijske reakcije

GALVANSKA ELIJA (GALVANSKI ELEMENT)

7VE STE NAUILI

Galvanska elija: HEMIJSKA ENERGIJA SE PRETVARA U ELEKTRINU

Denijelov spreg

A: A: ZnZn ZnZn2+2+ + + 2 e2 eiz metalne iz metalne ipke ipke u provodniku provodnikK: K: CuCu2+2+ + + 2 e2 e CuCuiz rastvora iz provodnika taloiz rastvora iz provodnika taloi se na i se na CuCu ipkiipki____________________________________________________________

ukupna reakcija: ukupna reakcija: ZnZn + Cu+ Cu2+ 2+ ZnZn2+2+ ++ Cu Cu

Struja e od A ka K; I po dogovoru (od desne ka levoj)

SPONTANO

E = 1,10 V

+

NO3- Na+

82. Elektrino kolo E se zatvara rednim vezivanjem spoljanjeg izvora elektrine struje

Elektrodne reakcije u eliji se odigravaju suprotno od smera svog spontanog toka

Elektrina energija se pretvara u hemijsku

2. Elektrino kolo E se zatvara rednim vezivanjem spoljanjeg izvora elektrine struje

Elektrodne reakcije u eliji se odigravaju suprotno od smera svog spontanog toka

Elektrina energija se pretvara u hemijsku

REIM RADA ELEKTROLIZE

E u reimu elektrolize se zove ELEKTROLITIKA ELIJA

9Doc. dr N. Peji

ELEKTROLIZAELEKTROLIZA

Kn+ + n e- K

An- A + n e-

Npr.:Cu2+ +2e- CuCu Cu2+ + 2e-

+

Ioni Ioni Ioni Ioni oni koji putujuoni koji putujuoni koji putujuoni koji putuju kigr

10

Elektroliza se zasniva na Faradejevim zakonima

1. Faradejev zakon:

CsA)(QtIQQm

===

Michael Michael Michael Michael FaradayFaradayFaradayFaraday (1791 (1791 (1791 (1791 1867)1867)1867)1867)

Proces elektrolize pronaProces elektrolize pronaProces elektrolize pronaProces elektrolize pronaao 1833.ao 1833.ao 1833.ao 1833.

2. Faradejev zakon:

2

1

2

1

2

1

z

Mz

M

eqeq

m

m

==

m masa izvojene supstance na elektrodiQ koliina elektriciteta, t vreme trajanja elektrolizeM atomska masaz broj elektrona izmenjenih elektrolizomeq hemijski ekvivalent (ekvivalentna masa)

MMMMAAAATTTTEEEEMMMMAAAATTTTIIIIKKKKIIII

PPPPRRRRIIIIKKKKAAAAZZZZIIII

11Doc. dr N. Peji

)s(Ale3Al)s(Cue2Cu

)s(Age)aq(Ag

3

2

+

+

+

+

+

+ 1 mol elektrona izdvaja 1 mol atoma 1 mol elektrona izdvaja 1 mol atoma 1 mol elektrona izdvaja 1 mol atoma 1 mol elektrona izdvaja 1 mol atoma AgAgAgAg

2 mola elektrona izdvajaju 1 mol atoma 2 mola elektrona izdvajaju 1 mol atoma 2 mola elektrona izdvajaju 1 mol atoma 2 mola elektrona izdvajaju 1 mol atoma CuCuCuCu

3 mola elektrona izdvajaju 1 mol atoma Al3 mola elektrona izdvajaju 1 mol atoma Al3 mola elektrona izdvajaju 1 mol atoma Al3 mola elektrona izdvajaju 1 mol atoma Al

Koliina elektriciteta koju ima 1 mol elektrona FARADEJEVA konstanta (F)

F = e F = e F = e F = e LLLL = 96 485 C mol= 96 485 C mol= 96 485 C mol= 96 485 C mol----1111; e; e; e; e = 1,6x10= 1,6x10= 1,6x10= 1,6x10----19191919 C; L = 6,02x10C; L = 6,02x10C; L = 6,02x10C; L = 6,02x1022223333 molmolmolmol----1111

1.

2.

3.

1 F se moe def. i kao koliina elektriciteta koja e na elektrodama izvriti hem. izmenu 1 mola nekog jednovalentnog elementa, ili u sluaju vievalentnihjednog ekvivalenta

12

Ekvivalentna masa (hemijski ekvivalent)kolinik atomska masa i broja razmenjenih elektrona u oksido-redukciji:

masa koju izdvoji 1 mol elektronamasa koju izdvoji 1 mol elektronamasa koju izdvoji 1 mol elektronamasa koju izdvoji 1 mol elektrona

z

Meq =

65,6665,66196,97196,97333.3.

31,7831,7863,5563,55222.2.

107,9107,9107,9107,9111.1.

Ekvivalentna Ekvivalentna masa (masa (eqeq))

g molg mol--11

Atomska masaAtomska masa(M) (M)

g molg mol--11

Broj razmenjenih Broj razmenjenih elektronaelektrona

(n)(n)

PolureakcijaPolureakcija

13

z

Meq =

m:Qeq1:F1 =

z

MFQ

m =

e elektrohemijski ekvivalent(zavisi od prirode supstance koja reaguje na elektrodama)

tIeQem ==

KKKKOOOOMMMMBBBBIIIINNNNAAAACCCCIIIIJJJJAAAA

I

iiii

II

F.F.F.F.Z.Z.Z.Z.

14Doc. dr N. Peji

Elektroliza NaCl (rastopa)!!!

A: 2 ClA: 2 Cl-- ClCl22 (g)(g) + 2 + 2 ee

K: 2 NaK: 2 Na++ ++ 2 e2 e 2 Na2 Na____________________________________________________

2 2 NaClNaCl 2 Na + Cl2 Na + Cl22 E = 4,077 VE = 4,077 V

11 izvor jednosmerne struje (baterija)

2 32 i 3 inertne elektrode

4

4 NaCl rastop

KakviKakviKakviKakvi susususu procesiprocesiprocesiprocesi elektrolizeelektrolizeelektrolizeelektrolize u u u u vodenimvodenimvodenimvodenim rastvorimarastvorimarastvorimarastvorima????

PPPPRRRRIIIINNNNUUUUDDDDNNNNOOOO

15Doc. dr N. Peji

METODE

ELEKTROGRAVIMETRIJA KULOMETRIJSKA TITRACIJA

POLAROGRAFIJA

kkkkojeojeojeoje se zasnivaju na elektrolizise zasnivaju na elektrolizise zasnivaju na elektrolizise zasnivaju na elektrolizi

vevevevebabababa

vevevevebabababa

16Doc. dr N. Peji

ELEKTROGRAVIMETRIJA

kulometar (KM) ureaj kojim se meri koliina naelektrisanja na osnovu koliine elektrolitiki izdvojenih proizvoda

postoje razliite vrste KM (Cu, Ag, jodni, gasni...) prema elementima koji se u KM izdvajaju elektrolizom (taloe ili oslobaaju)

KM se satoji iz elektroda i elektrolita

KM-om se mogu proveriti Faradejevi zakoni elektrolize

merenjem mase elektrode pre i posle elektrolize odreuje se Q

17Doc. dr N. Peji

ELEKTROGRAVIMETRIJA

Anoda: Cu Cu2+ + 2 e-

Katoda: Cu2+ + 2 e- Cu

BakrovBakrovBakrovBakrov kulometarkulometarkulometarkulometar

18Doc. dr N. Peji

Elektrina shema za izvoenje elektrolize

1 promenljivi otpor2 kulometar3 prekida4 ampermetar5 izvor jednosmerne struje

8

19Doc. dr N. Peji

Kulometrija (kulometrijska titracija)

Elektrohemijska kvantitativna metoda koja se zasniva na merenju KOLIINE ELEKTRICITETA

neophodne za kvantitativno proticanje odreene elektrodne reakcijeElektrohemijska kvantitativna metoda koja se zasniva na merenju

KOLIINE ELEKTRICITETA neophodne za kvantitativno proticanje odreene elektrodne reakcije

kolikoliinaina elektrohemijskielektrohemijski generisanoggenerisanog titrtitrantaanta nalazi nalazi se se primenomprimenom FarFaradejevihadejevih zakonazakona elektrolizeelektrolize

KoliKoliKoliKoliinainainaina kojakojakojakoja reagujereagujereagujereaguje nananana elektrodamaelektrodamaelektrodamaelektrodama pppproporcionalanaroporcionalanaroporcionalanaroporcionalana je je je je kolikolikolikoliiniiniiniini propupropupropuproputenogtenogtenogtenog naelektrisanjanaelektrisanjanaelektrisanjanaelektrisanja

Izvodi se u pogodnom elektrolituIzvodi se u pogodnom elektrolituIzvodi se u pogodnom elektrolituIzvodi se u pogodnom elektrolitu uz 100% iskoriuz 100% iskoriuz 100% iskoriuz 100% iskorienje strujeenje strujeenje strujeenje struje

20Doc. dr N. Peji

KULOMETRIJA

const. POTENCIJAL const. JAINASTRUJE

Elektroliza rastvora pri const. potencijalu E

radne elektrodeElektroliza rastvora

pri I = const.

kteoItI

=

=t

0dttIQ

ItQ =

potenciostatskapotenciostatskapotenciostatskapotenciostatska amperostatskaamperostatskaamperostatskaamperostatska

21Doc. dr N. Peji

KULOMETRIJSKA TITRACIJA

AGENS? TEORIJA? MERI SE?

JEDNOSMERNA STRUJA

Faradejevizakoni

ELEKTROLIZA

VREME prolaska

const. I do Z.T.T.

ANALIZIRAJU SE?

JONIELEMENTI

22Doc. dr N. Peji

Elektrohemijska metoda koja se zasniva na ELEKTROLIZI rastvora pod posebnim uslovima priemu se na jednoj elektrodiELEKTROHEMIJSKI GENERIE TITRANT

KONCENTRACIJA anal. rastvora odreuje se iz izmerene Q, tj.protekle konstantne I u tokuvremena t trajanja elektrolize

KULOMETRIJSKA TITRACIJAKULOMETRIJSKA TITRACIJA ""TITRACIJA KULONIMATITRACIJA KULONIMA"", , ili ili ""TITRACIJA STRUJOMTITRACIJA STRUJOM""

posrednaposrednaposrednaposredna

23Doc. dr N. Peji

Kulometrijska titracijaPrema nainu izvoenja:

neposredna posredna

ispitivani elektrolit neposredno reaguje na elektrodiizvode se pri const. potenc.teko odreivanje Z.T.T.retko se koriste

izvode se pri I = const. na jednoj elektrodi uz 100%

iskorienje struje ELEKTROLITIKIM putem se stvara TITRANT:

A + ne BB + C proizvod

A titrant prekursor (primarni)B elektrogenerisani titrantC analizirani rastvor

NajNajNajNajeeeee neko neorgansko jedinjenjee neko neorgansko jedinjenjee neko neorgansko jedinjenjee neko neorgansko jedinjenje

24Doc. dr N. Peji

Z.T.T.standardni rastvor reagensa (TITRANT) se dodaje

rastvoru titrovane supstancije (TITRAND)dok njegova koliina ne bude stehiometrijski ekvivalentna

koliini supstancije koja se odreuje

KOLORIMETRIJSKI(fotometrijski i spektrofotometrijski)

Potenciometrijski(dodatna indik. i ref. elektrodai potenciometar)

Amperometrijski(merenjem I)

Konduktometrijski(kod reakcija neutralizacije)

Kod obojenih i mutnih rastvora

KulometrijskaKulometrijskaKulometrijskaKulometrijska titracijatitracijatitracijatitracija: : : : titranttitranttitranttitrant se se se se elektrogenerielektrogenerielektrogenerielektrogenerieeeeZ..T.T. se odreuje:

25Doc. dr N. Peji

EMA UREAJA ZA KULOMETRIJSKU TITRACIJU

E izvor jednosmerne strujeR promenljivi otporP prekidamA miliampermetarA anodaK katoda (posuda sa poroznim

dnom)M magnet

26Doc. dr N. Peji

Primena kod procesa:

Neutralizacije Taloenja Oksidoredukcije Stvaranja kompleksa

KoliKoliKoliKoliina elementa ili jona od 1 ina elementa ili jona od 1 ina elementa ili jona od 1 ina elementa ili jona od 1 g do 100 mgg do 100 mgg do 100 mgg do 100 mg

27Doc. dr N. Peji

PREDNOSTI

Jednostavna aparatura Velika preciznost metode

U odnosu na volumetriju: tanija primena i nestabilnih titranata (I2, Br2) ne mora se vriti standardizacija titranata

(eliminisanje pripreme, standardizacijei uvanja)

28Doc. dr N. Peji

TITRANTI (u volumetriji i kulometriji)

VOLUMETRIJA: rastvori Co3+su nestabilni (uvek se prave svei), uz stalnustandardizaciju

KULOMETRIJSKOM METODOM:veoma efikasnoelektrohemijski se generiekobalt(III) (koristi se zatitraciju redukcionih supstanci)

VOLUMETRIJA: Natrijum-hipohlorit (uvek sve)

KULOMETRIJA:titracija se izvodi elektrohemijskigenerisanim hlorom

29Doc. dr N. Peji

PRIMENA

KVANTITATIVNA ODREIVANJA

ispitivanje i kontrola lekova toksikoloka hemija biohemija

30

ANODNI PROSTOR: Na2S2O3, KI i skrob KATODNI PROSTOR: KCl

U toku elektrolize na ANODI se U toku elektrolize na ANODI se elektrogenerielektrogeneriee titranttitrant::2I2I II22 + 2e+ 2e

Reakcija sa natrijumReakcija sa natrijum--tiosulfatomtiosulfatom::2 Na2 Na22SS22OO33 + I+ I22 NaNa22SS44OO66 + 2NaI+ 2NaI

Z.T.TZ.T.T. . pojava stabilne pojava stabilne PLAVEPLAVE boje zbog reakcije skroba i Iboje zbog reakcije skroba i I22 (u vi(u viku)ku)

VVEEBA: OBA: Odreivanje koncentracijedreivanje koncentracijeNaNa22SS22OO33

POKAZNA

Anoda: PtKatoda: Pt ili Cu

I odravati const. imeriti vreme

ta se deta se deta se deta se deava na katodi?ava na katodi?ava na katodi?ava na katodi?

31Doc. dr N. Peji

IZRAUNAVANJA

32Doc. dr N. Peji

Izraunati koliinsku (molarnu) koncentraciju rastvora Na2S2O3ako je kulometrijska titracija 1,7 mL rastvora Na2S2O3 elektrogenerisanim jodom trajala t = 2,2 min pri konstantnoj jaini struje od I = 10 mA

= 158 g mol1; = 254 g mol1;

100132,01965002

1254

=

= gCCmol

gmole

Elektrogenerisani jod nastaje na anodi:2 I (iz KI) 2 e I2

Elektrohemijski ekvivalent joda:

Masa joda elektrogenerisanog na A:m = 0,00132 g C1 10 mA 2,2 min = 0,00174 g

n = m/M = 6,85 106 mol

322 OSNaM 2IM

33

Elektrogenerisani jod kvantitativno reaguje sa Na2S2O3:I2 + 2 Na2S2O3 2 NaI + Na2S4O6

Broj molova natrijum-tiosulfata koji je kvantitativno izreagovao sa jodom:

1 mol : 2 mol = 6,85 106 mol : n

n = 1,37 105 mol Na2S2O3

c = n/V = 1,37 105 mol/1,7 mL = 0,00805 mol dm3

!!!! Ovaj zadatak se moOvaj zadatak se moOvaj zadatak se moOvaj zadatak se moe ree ree ree reiti i preko izraiti i preko izraiti i preko izraiti i preko izraunavanja elektrohemijskog unavanja elektrohemijskog unavanja elektrohemijskog unavanja elektrohemijskog ekvivalenta natrijumekvivalenta natrijumekvivalenta natrijumekvivalenta natrijum----tiosulfatatiosulfatatiosulfatatiosulfata