Pin điện hóa

Những ngày gần lớp học đến phần Điện Hóa học, bọn bạn bị quay cuồng quy ước biểu diễn pin điện nên xin trích dịch lại phần “Hướng dẫn Ký hiệu Thuật ngữ cho Đại lượng Đơn vị Hóa lý, Phụ lục III: Danh pháp Điện hóa học” Hiệp hội Hóa học Thuần túy Ứng dụng Quốc tế (IUPAC) (Manual of Symbols and Terminology for Physicochemical Quantities and Units, Appendix III: Electrochemical Nomenclature) để chia sẻ với người (Đây phần nhỏ quy ước biểu diễn pin điện nhé) Việc dịch khơng thể tránh khỏi sai sót, mong bạn/anh/chị/thầy/cơ phản hồi lại để chỉnh sửa Pin Galvani - Giá trị điện tích (Charge number – từ khơng biết dịch cho nên tạm tạm này): Là hệ số tỉ lượng biểu diễn số electron cho hay nhận bán phản ứng xảy điện cực - Hiệu điện pin Galvani (kí hiệu: E; đơn vị SI: V (Volt)) đại lượng chịu ảnh hưởng điều kiện môi trường làm việc pin Hiệu điện pin hiệu điện cực điện cực biểu diễn phía bên phải sơ đồ pin (cathode – cực dương) điện cực điện cực biểu diễn bên trái sơ đồ pin (anode – cực âm) Các pin Galvani biểu diễn sơ đồ Vì vậy, pin điện hóa gồm dung dịch hydro clorua nước với nồng độ C mol/L, điện cực bạch kim – hidro (với áp suất riêng phần hidro p bar), điện cực bạc phủ lớp bạc clorua, với đầu nối từ điện cực đến dây dẫn hai điện cực làm đồng, biểu diễn sơ đồ: - Cu(s)|Pt(s)|H2(g, p bar)|HCl(aq, C mol/L)|AgCl(s)|Ag(s)|Cu(s) Thêm vài ví dụ việc kí hiệu sơ đồ pin (lấy từ IUPAC Green Book in năm 2012): Cu(s) | CuSO4(aq) ⁞ ZnSO4(aq) | Zn(s) Cu(s) | CuSO4(aq) ⁞⁞ KCl(aq, sat) ⁞⁞ ZnSO4(aq) | Zn(s) (đúng sơ đồ pin tài liệu p C ghi thành phần tương ứng, trình bày Word Facebook khó nên xin phép ghi trên) - - - Một đường gạch thẳng đứng (|) dùng để biểu thị tiếp xúc hai pha Một đường nét đứt thẳng đứng (⁞) thể tiếp xúc hai chất lỏng trộn lẫn, hai đường nét đứt thẳng đứng (⁞⁞) thể tiếp giáp hai chất lỏng mà đó, nối (liquid junction potential) coi bị triệt tiêu (Một chút lưu ý thêm đoạn trên: Gạch nét đứt thẳng đứng dùng trường hợp hai điện cực nhúng vào dung dịch/chất lỏng (thí dụ HCl (aq) chẳng hạn), hai đường nét đứt thẳng đứng ngầm hiểu có cầu muối nối hai dung dịch, cầu muối đưa vào pin nhằm loại trừ nối (thế điện cực tạo hai dung dịch chất điện ly có nồng độ khác tiếp xúc với – Wikipedia)) Gía trị E đo điện cực bên trái (trong sơ đồ pin, anode) đạt trạng thái cân ảo (từ gốc “virtual equilibrium”, khơng biết dịch nào), đóng vai trị điện cực chuẩn (reference electrode – điện cực với điện cực ổn định có giá trị xác định) gọi “thế điện cực điện cực bên phải (cathode) điện cực chuẩn bên trái (anode)” Cách gọi khơng có nghĩa đo xác điện cực điện cực đứng riêng rẽ - Sức điện động pin Galvani (kí hiệu EMF, đơn vị SI: V (Volt)) giá trị cực đại E dòng điện chạy qua dây dẫn nối anode cathode pin yếu dần, tất cân trao đổi điện tích thơng qua nơi tiếp giáp hai pha thể sơ đồ pin (ngoại trừ điểm tiếp giáp hay nối hai chất điện ly) cân hóa học pha thiết lập - Lưu ý phần trên: Kí hiệu EMF khơng khuyến nghị IUPAC, thay E (Tham khảo Sách Xanh IUPAC – IUPAC Green Book: Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd Edition) - Thế chuẩn phản ứng tổng quát diễn pin điện hóa (kí hiệu E°, đơn vị SI: V (Volt)) định nghĩa theo phương trình: 𝐸𝑜 = − 𝛥𝐺 𝑜 𝑅𝑇 = 𝑙𝑛𝐾 𝑛𝐹 𝑛𝐹 Trong ΔG° lượng Gibbs chuẩn, n số electron cho/nhận phản ứng, F số Faraday, R số khí lý tưởng, T nhiệt độ (tính K) K số cân phản ứng - Khi kí hiệu E° cần ghi rõ giá trị E° cho phản ứng nào, ví dụ: E°(Zn2+(aq) + Cu → Cu2+(aq) + Zn) (1) - Thế chuẩn bán phản ứng xảy điện cực (kí hiệu Eo, đơn vị SI: V (Volt)), gọi tắt “thế điện cực chuẩn”, giá trị chuẩn phản ứng tổng quát xảy pin hoạt động phản ứng có khử hidro phân tử thành proton bị solvat hóa, ví dụ: E°(Zn2+(aq) + H2 → 2H+(aq) + Zn) viết tắt thành: E°(Zn2+(aq) + 2e → Zn) hay Eo(Zn2+/Zn) Tuy nhiên không phép thay đổi thứ tự chất ion kí hiệu Tương tự: E°(MnO4- + H+ + 1.5 H2 → MnO2 + 2H2O) rút ngắn thành: E°(MnO4-/MnO2) (2) Đại lượng biểu thị (1) khác đại lượng biểu thị (2) chất phản ứng diễn Trong số dung môi khác nước, cần dùng phản ứng chuẩn (phải nêu cụ thể) khác phản ứng oxi hóa hidro phân tử Khơng có phản ứng chuẩn áp dụng cho tất dung môi, việc đưa phản ứng chuẩn khuyến nghị cho dung môi khác nước, bây giờ, việc không thuận tiện - Thế phản ứng tổng quát xảy pin điện (kí hiệu Ecell hay Epin, đơn vị SI: V (Volt)) định nghĩa bởi: 𝑅𝑇 𝐸𝑐𝑒𝑙𝑙 = 𝐸 𝑜 − 𝑛𝐹 ∑𝑖 𝜈𝑖 ln 𝑎𝑖 (3) Trong hoạt độ tiểu phân tham gia phản ứng νi hệ số tỉ lượng tiểu phân tương ứng phương trình phản ứng tổng quát νi số dương cho tiểu phân vế bên phải phương trình phản ứng số âm cho tiểu phân vế bên trái phương trình Biến số thành phần lấy làm định nghĩa cho hoạt độ phải cho trước - Lại chút lưu ý mình: “Biến số thành phần” dịch sát với từ gốc “composition variable” Các biến số thành phần thông số cường độ thể lượng tương đối tiểu phân hay chất pha (9.1 Composition Variables (2019, June 6) https://chem.libretexts.org/@go/page/20611) đại lượng phần mol hay nồng độ mol - Thế tiêu chuẩn thực (hay tiêu chuẩn điều kiện) (kí hiệu: Eo’,đơn vị SI: V (Volt)) liên hệ với Ecell phương trình tương tự phương trình (3), với hoạt độ thay biến số thành phần (phải ghi rõ chữ dòng): 𝐸𝑐𝑒𝑙𝑙 = 𝐸𝐶𝑜′ − 𝑅𝑇 ∑ 𝜈𝑖 ln 𝐶𝑖 𝑛𝐹 𝑖 (Ở phương trình hoạt độ từ (3) thay nồng độ mol, nên kí hiệu Eo’ có thêm chữ C nhỏ bên thể nồng độ mol dùng thay cho hoạt độ) - - Trong số trường hợp, nồng độ chất phản ứng giữ số mơi trường phản ứng, chất có nồng độ số khơng tính vào tổng ∑νi ln Ci (ví dụ nồng độ H+ giữ ổn định mơi trường axit) Khi kí hiệu tiêu chuẩn thực, cần nêu rõ phản ứng xảy điện cực môi trường phản ứng, ví dụ : E°’(Zn2++2e→Zn, mol/L H2SO4) E°’(Zn2+/Zn, mol/dm3 H2SO4) Q trình dịch tài liệu có tham khảo từ Cơ sở lý thuyết phản ứng hóa học tác giả Trần Thị Đà Đặng Trần Phách, Hóa học phân tích 1: Cân ion dung dịch tác giả Nguyễn Tinh Dung  ... với điện cực chuẩn bên trái (anode)” Cách gọi khơng có nghĩa đo xác điện cực điện cực đứng riêng rẽ - Sức điện động pin Galvani (kí hiệu EMF, đơn vị SI: V (Volt)) giá trị cực đại E dòng điện. .. dây dẫn nối anode cathode pin yếu dần, tất cân trao đổi điện tích thơng qua nơi tiếp giáp hai pha thể sơ đồ pin (ngoại trừ điểm tiếp giáp hay nối hai chất điện ly) cân hóa học pha thiết lập - Lưu... ứng xảy điện cực (kí hiệu Eo, đơn vị SI: V (Volt)), gọi tắt “thế điện cực chuẩn”, giá trị chuẩn phản ứng tổng quát xảy pin hoạt động phản ứng có khử hidro phân tử thành proton bị solvat hóa, ví