08. Electrochemical cells and electrodes

08. Electrochemical cells and electrodes

평형 일 때 항상 아래와 같이 그리기

O + ne- ↔ R

오른쪽으로 가면 Reduction 전자 잃음

왼쪽으로 가면 Oxidation 전자 얻음

왼쪽에서 전자가 빠져나옴 Reduction이 발생 Cathode

오른쪽에서 전자를 받음 Oxidation이 발생 Anode

열역할을 적용하기 위해선 Equilibrium이어야하는데

반응이 일어나면(전선이 이어지면) eqbm이 아님

따라서, 전선을 빼고 계산

반응식은 전자가 왼쪽에 있도록 적자

전체 net 반응이 발생

net 반응의 방향은 Gibbs energy를 통해 구함

△G가 음수이면 자발적

고체와 H2O의 액티비티는 1이다.

여기서 없어진 에너지는

여기 전자가 가져가야해서

왼쪽의 전자에너지가 적고 오른쪽의 에너지가 크다.

그래서 전선을 달면

오른쪽에서 왼쪽으로 전선을 타고 전자가 움직임(에너지 큰 곳에서 작은 곳으로)

선풍기를 돌리고(=에너지를 잃고)

왼쪽으로 돌아옴

줄어든 화학에너지 = Cathode 전압 - Anode 전압의 늘어난 전기에너지

네른스트식 = Wire을 연결 안하고 반응이 막 일어날 때 적용(Eqbm)

평형이 아닐 때는?

외부의 load로 인하여

평형일 때 보다

왼쪽의 포텐셜이 줄어든다.

따라서, 전자의 에너지가 증가하므로

밖으로 나가고 싶어한다.

Reduction이 발생

Cathode

외부의 에너지 Source로 인하여

평형일 때 보다

왼쪽의 포텐셜이 증가한다.

따라서, 전자의 에너지가 감소하게 되고,

외부에서 에너지를 받고 싶어한다.

Oxidation이 발생

Anode

가운데 Null voltage가 wire 없을 때를 의미

왼쪽(녹색)이 외부 load 걸렸을 때, 왼쪽 극이 Cathode(Reduction)

오른쪽(보라)는 Source가 제공 될 때, 왼쪽 극이 Anode(Oxidation)

다른 예시

위의 방법과 동일하게

전자가 왼쪽에 오도록 반응식을 쓴다.

전체 반응식은 위와 같다.

그것의 깁스 에너지 차이는?

음수가 나오면 다행

(만약, 양수가 나오면 전체 반응식을 반대로)

Another view

전자의 이동을 고려

G~ = Electrochemical Gibbs free energy로 정의

전자 Activity를 정의

Qi = zi*Qe

F = Na*Qe

위 식을 전자에 적용