Sự khác biệt chính - Tế bào điện hóa và tế bào điện phân

Điện hóa học bao gồm nghiên cứu về sự chuyển động của các electron trong các hệ thống nơi các quá trình hóa học diễn ra. Ở đây, các phản ứng hóa học có thể được sử dụng để tạo ra dòng điện hoặc dòng điện có thể được sử dụng để tạo điều kiện cho phản ứng hóa học xảy ra không trực tiếp. Theo cả hai cách, sự chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng hóa học hoặc ngược lại sẽ xảy ra. Các hệ thống mà những chuyển đổi này diễn ra được gọi là tế bào hay chính xác hơn là tế bào điện hóa. Có hai loại tế bào điện hóa được gọi là tế bào điện thế và tế bào điện phân. Sự khác biệt chính giữa pin điện hóa và pin điện phân là tế bào điện hóa không cần bất kỳ dòng điện bên ngoài nào để hoạt động nhưng trái lại tế bào điện phân cần dòng điện bên ngoài để hoạt động.

Các lĩnh vực chính được bao phủ

1. Tế bào điện hóa là gì - Định nghĩa, Thuộc tính, Cách thức hoạt động 2. Tế bào điện phân là gì - Định nghĩa, Thuộc tính, Cách thức hoạt động 3. Sự khác biệt giữa tế bào điện hóa và tế bào điện phân là gì - So sánh các điểm khác biệt chính

Thuật ngữ chính: Cực dương, Cathode, Tế bào điện hóa, Điện phân, Tế bào điện phân, Tế bào Galvanic, Quá trình oxy hóa, Sự khử, Tế bào Voltaic

Tế bào điện hóa là gì

Tế bào điện hóa là một hệ thống có thể tạo ra năng lượng điện thông qua các phản ứng hóa học tự phát. Các phản ứng hóa học tham gia vào quá trình này được gọi là phản ứng oxy hóa khử. Phản ứng oxy hóa khử xảy ra thông qua việc chuyển các electron giữa các chất hóa học. Một phản ứng oxi hóa khử bao gồm hai bán phản ứng: phản ứng oxi hóa và phản ứng khử. Phản ứng oxi hóa luôn giải phóng electron cho hệ trong khi phản ứng khử lấy electron từ hệ. Do đó, hai nửa phản ứng xảy ra đồng thời.

Tế bào điện hóa được tìm thấy trong hai loại, là tế bào điện tích (điện) và tế bào điện phân. Một tế bào điện hóa được cấu tạo bởi hai nửa tế bào. Các nửa phản ứng xảy ra ở hai nửa ô. Các phản ứng hóa học diễn ra trong tế bào đó gây ra sự khác biệt tiềm tàng giữa hai nửa tế bào.

Một nửa tế bào phải bao gồm một điện cực và một chất điện phân. Do đó, một tế bào điện hóa hoàn chỉnh được cấu tạo bởi hai điện cực và hai chất điện phân; đôi khi, hai nửa tế bào có thể sử dụng cùng một chất điện phân. Nếu sử dụng hai chất điện phân khác nhau thì nên dùng cầu nối muối để giữ sự tiếp xúc giữa các chất điện phân. Nó được thực hiện bằng cách tạo ra một đoạn để chuyển các ion qua cầu muối. Các electron chuyển từ nửa ô này sang ô kia qua mạch ngoài. Hai điện cực được gọi là cực dương và cực âm.

Phản ứng oxi hóa và phản ứng khử xảy ra ở hai điện cực riêng biệt. Phản ứng oxi hóa xảy ra ở cực dương, ngược lại phản ứng khử xảy ra ở cực âm. Do đó, các electron được tạo ra ở anot và chúng di chuyển từ anot sang catot thông qua mạch ngoài. Cầu muối giúp duy trì hệ thống trung tính (về điện) bằng cách chuyển các ion qua nó để cân bằng điện tích.

Hãy xem xét tế bào điện hóa sau đây.

Hình 1: Tế bào điện hóa

Ở đây, cực dương là điện cực Zn (Kẽm) và cực âm là điện cực Cu (Đồng). Phản ứng oxi hoá xảy ra ở điện cực Zn. Ở đó, kim loại Zn bị oxi hóa thành Zn⁺² các ion. Các êlectron được giải phóng được chuyển qua dây dẫn bên ngoài. Zn sản xuất⁺² các ion được giải phóng vào dung dịch. Do đó, điện cực Zn sẽ bị hòa tan theo thời gian. Phản ứng khử xảy ra gần catot. Cực âm là điện cực Cu. Ở đó, các êlectron đi ra từ mạch ngoài bị Cu²⁺ ion trong dung dịch và bị khử thành kim loại Cu. Do đó, khối lượng của điện cực Cu sẽ tăng dần theo thời gian. Dòng electron qua dây bên ngoài có thể được đo như dòng điện được tạo ra từ phản ứng oxy hóa khử. Đây là cấu trúc điển hình của một tế bào điện hóa.

Phản ứng

Zn_(NS) → Zn⁺²_(aq) + 2e

Cu⁺²_(aq) + 2e → Cu_(NS)

Tế bào điện phân là gì

Tế bào điện phân là một loại tế bào điện hóa trong đó năng lượng điện có thể được sử dụng để phản ứng hóa học xảy ra. Nói cách khác, năng lượng điện phải được cung cấp từ một nguồn bên ngoài. Sau đó, một phản ứng không qua da có thể được bắt đầu. Tế bào điện phân được sử dụng phổ biến nhất để điện phân các hợp chất.

Một tế bào điện phân cũng bao gồm các kim loại rắn làm điện cực. Có hai điện cực nối với mạch ngoài. Một điện cực đóng vai trò là cực dương trong khi một điện cực khác đóng vai trò là cực âm. Phản ứng oxi hóa sẽ xảy ra ở anot và phản ứng khử sẽ xảy ra ở catot.

Nguồn cung cấp năng lượng điện bên ngoài (từ pin nối với hai điện cực) cung cấp một dòng điện tử chạy qua catốt. Các electron này sau đó đi vào dung dịch điện phân. Sau đó, các cation trong dung dịch tập hợp xung quanh catốt và nhận được các electron đi qua catốt. Do đó, các cation này bị khử ở cực âm. Các electron ở catot đẩy lùi các anion trong dung dịch. Các anion này di chuyển về phía cực dương. Ở đó, các anion này giải phóng các điện tử và bị oxy hóa. Do đó, cực dương có điện tích dương và cực âm có điện tích âm.

Chúng ta hãy xem xét ví dụ sau.

Hình 2: Sự điện phân của dung dịch đồng clorua

Trong bình điện phân trên, pin cung cấp êlectron cho catôt và Cu⁺² các ion tập hợp xung quanh catốt để lấy các electron từ catốt. Sau đó, Cu⁺² ion bị khử thành kim loại Cu và được lắng trên catot. Sau đó Cl^– các ion di chuyển về phía cực dương và giải phóng điện tử dư thừa mà chúng có. Ở đó, quá trình oxy hóa của Cl^– xảy ra tạo thành Cl_{2 (g)}.

Phản ứng

2Cl^–_(aq) → Cl_{2 (g)} + 2e

Cu⁺²_(aq) + 2e → Cu_(NS)

Sự khác biệt giữa tế bào điện hóa và tế bào điện phân

Sự định nghĩa

Tế bào điện hóa: Tế bào điện hóa là một hệ thống có thể tạo ra năng lượng điện thông qua các phản ứng hóa học tự phát.

Tế bào điện phân: Tế bào điện phân là một loại tế bào điện hóa, nơi năng lượng điện có thể được sử dụng để tạo ra phản ứng hóa học.

Chuyển đổi năng lượng

Tế bào điện hóa: Trong tế bào điện hóa, năng lượng hóa học được chuyển đổi thành năng lượng điện.

Tế bào điện phân: Trong tế bào điện phân, năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng hóa học.

Dòng điện bên ngoài

Tế bào điện hóa: Tế bào điện hóa không cần các nguồn năng lượng điện bên ngoài.

Tế bào điện phân: Tế bào điện phân cần nguồn năng lượng điện bên ngoài.

Phản ứng hoá học

Tế bào điện hóa: Trong tế bào điện hóa, các phản ứng hóa học tự phát diễn ra.

Tế bào điện phân: Trong các tế bào điện phân, các phản ứng hóa học không qua da diễn ra.

Điện cực

Tế bào điện hóa: Trong pin điện hóa, cực dương là cực âm và cực âm là cực dương.

Tế bào điện phân: Trong một tế bào điện phân, cực dương là cực dương và cực âm là cực âm.

Chuyển động của điện tử

Tế bào điện hóa: Các electron được truyền từ cực dương sang cực âm trong tế bào điện hóa.

Tế bào điện phân: Các êlectron được truyền từ pin sang catốt và sau đó các êlectron đi vào anôt qua dung dịch điện phân trong tế bào điện phân.

Phần kết luận

Tế bào điện phân là một loại tế bào điện hóa. Do đó, tế bào điện phân được cấu tạo bởi tất cả các thành phần mà một tế bào điện hóa điển hình có. Cả tế bào điện hóa và tế bào điện phân đều liên quan đến sự luân chuyển của các electron trong hệ thống. Tuy nhiên, trong các tế bào điện hóa, các phản ứng hóa học tự phát diễn ra trong khi các phản ứng hóa học không diễn ra trong các tế bào điện phân. Đây là sự khác biệt giữa pin điện hóa và pin điện phân.

Người giới thiệu:

1. ” Tế bào điện hóa. ” Wikipedia. Wikimedia Foundation, ngày 24 tháng 7 năm 2017. Web. Có sẵn ở đây. Ngày 26 tháng 7 năm 2017. 2. "Tế bào điện phân." Hóa học LibreTexts. Libretexts, ngày 21 tháng 7 năm 2016. Web. Có sẵn ở đây. Ngày 26 tháng 7 năm 2017.

Hình ảnh lịch sự:

1. “Tế bào điện hóa” của Siyavula Education (CC BY 2.0) qua Flickr