Elektrokimyasal Hücreler 

Bir elektrokimyasal hücre, kendiliğinden bir redoks reaksiyonu tarafından salınan enerjiden elektrik akımı üreten bir cihazdır, bu elektrikten kaynaklanabilir. Bu hücre türü, 18. yüzyılın sonlarında kimyasal reaksiyonlar ve elektrik akımı ile ilgili çeşitli deneyler yapan Luigi Galvani ve Alessandro Volta’nın adını taşıyan Galvanik hücre veya Voltaik hücre içerir.

Elektrokimyasal hücrelerde iki iletken elektrot bulunur (anot ve katot). Anot oksidasyon meydana geldiği elektrot olarak tanımlanır ve katot indirgeme yer alır elektrottur. Elektrotlar, metaller, yarı iletkenler, grafit ve hatta iletken polimerler gibi yeterince iletken herhangi bir malzemeden yapılabilir . Bu elektrotlar arasında , serbestçe hareket edebilen iyonlar içeren elektrolit bulunur.

Galvanik hücre, her biri bir elektrolit içinde, pozitif yüklü iyonların elektrot metalinin oksitlenmiş formu olduğu iki farklı metal elektrot kullanır. Bir elektrot oksidasyona (anot) ve diğeri indirgeme (katot) geçirecektir. Anodun metali, 0’ın (katı formda) bir oksidasyon durumundan pozitif bir oksidasyon durumuna geçecek ve bir iyon haline gelecektir. Katotta, çözeltideki metal iyonu katottan bir veya daha fazla elektron kabul eder ve iyonun oksidasyon durumu 0’a düşürülür. Bu, elektro-biriken katı bir metal oluşturur.katot üzerinde. İki elektrot elektriksel olarak birbirine bağlanmalı ve anot metalini terk eden ve bu bağlantıdan katot yüzeyindeki iyonlara akan bir elektron akışına izin verilmelidir. Bu elektron akışı, motoru çevirmek veya ışığı çalıştırmak gibi iş yapmak için kullanılabilecek bir elektrik akımıdır.

Olan bir galvanik hücre elektrotları olan çinko ve bakır suya batmış olarak çinko sülfat ve bakır sülfat , sırasıyla olarak bilinen bir Daniell hücredir. 

Daniell hücresi için yarım reaksiyonlar şunlardır:  

Çinko elektrot (anot): Zn _(s) → Zn ²⁺ _(aq) + 2 e ^–

Bakır elektrot (katot): Cu ²⁺ _(aq) + 2 e ^– → Cu _(s)

Bu örnekte anot, çözeltide çinko iyonları oluşturmak için oksitlenmiş (elektronları kaybeder) çinko metaldir ve bakır iyonları, bakır metal elektrottan elektronları kabul eder ve iyonlar, bir elektrodepozit olarak bakır katotta birikir. Bu hücre, harici bağlantı yoluyla anottan katoda kendiliğinden bir elektrik akımı akışı üreteceğinden basit bir pil oluşturur. Bu reaksiyon, bir voltaj uygulanarak tersine sürülebilir, bu da anotta çinko metal birikmesine ve katotta bakır iyonlarının oluşmasına neden olur. ^[22]

Tam bir elektrik devresi sağlamak için, elektron iletim yoluna ek olarak anot ve katot elektrolitleri arasında iyonik bir iletim yolu da olmalıdır. En basit iyonik iletim yolu, bir sıvı bağlantısı sağlamaktır. İki elektrolit arasında karışmayı önlemek için, sıvı bağlantısı elektrolit karışımını azaltırken iyon akışına izin veren gözenekli bir tıkaç yoluyla sağlanabilir. Elektrolitlerin karıştırılmasını daha da en aza indirmek için, ters çevrilmiş bir U tüpündeki elektrolit doymuş bir jelden oluşan bir tuz köprüsü kullanılabilir. Negatif yüklü elektronlar bu devrenin etrafında bir yönde akarken, pozitif yüklü metal iyonları elektrolitin ters yönünde akar.

Bir voltmetre , anot ve katot arasındaki elektrik potansiyeli değişimini ölçebilir .

Elektrokimyasal hücre voltajı ayrıca elektromotor kuvvet veya emf olarak da adlandırılır .

Elektrokimyasal hücredeki elektronların yolunu izlemek için bir hücre diyagramı kullanılabilir. Örneğin, bir Daniell hücresinin hücre diyagramı:

Zn _(s) | Zn ²⁺ (1 milyon) || Cu ²⁺ (1 milyon) | Cu _(s)

İlk olarak, anotta (Zn) oksitlenecek olan indirgenmiş metal formu yazılır. Bu, oksitlenmiş formundan, fazlar arasındaki sınırı temsil eden dikey bir çizgi ile ayrılır (oksidasyon değişiklikleri). Çift dikey çizgiler hücre üzerindeki tuz köprüsünü temsil eder. Son olarak katotta indirgenecek olan metalin oksitlenmiş formu, dikey çizgiyle indirgenmiş formundan ayrılarak yazılır. Elektrolit konsantrasyonu, hücre potansiyelinin belirlenmesinde önemli bir değişken olduğu için verilir.