Гальванический элемент. Первооснова аккумуляторов, модулей, соленоидов

Понятие об электронном потенциале металла, при погружении металлической пластинки в воду диполи воды ориентируются у её поверхности, своими отрицательными полюсами и вытягивают хаотично катионы металла из пластинки в раствор.

Пластинка заряжается отрицательно за счет избытка оставшихся на ней электронов и притягивает к себе обратно гидратированные ионы металла из раствора, на границе металл/раствор образуется двойной электрический слой (дес), а между металлом и раствором – разность потенциалов (скачок потенциалов), который называется электродным потенциалом металла, или потенциалом электрода.

1.Если опустить пластинку металла не в воду а раствор собственной соли, то происходит два механизма образования дес, в зависимости от активности металла.

2.Если металл активный восстановитель (легко отдает электроны, то его катионы переходят из пластинки в раствор) пластинка заряжается отрицательно, а раствор возле неё положительно, то есть реализуется схема образования дес, описанная выше.

3.Если металл слабый восстановитель, то его катионы находятся в растворе – сильные окислители, часть катионов металла из оседает на пластине заряжая её положительно, анионы соли оставшиеся в растворе притягиваются к пластине, образуется дес.

Абсолютно значение электродных потенциалов на границе гетерогенной системы, металл – электролит измерить невозможно, поэтому измеряют разность потенциалов двух различных электродов, принимая один из них. За эталон сравнения принимают стандартный водородный электрод, который состоит из платиновой пластинки с рыхлой поверхностью погруженной в 1 метр раствора серной кислоты, и омывается газообразным водородом, который подается под давлением в 101,3 кПа при Т=278К.

Молекулярный водород поглощаясь на пластине частично распадается на атомы и переходит в раствор в виде ионов, оставляя на плотине электроны, электрод заряжается отрицательно – раствор положительно, а между платиной и раствором – скачок потенциала, абсолютно значение потенциала водородного электрона неизвестна, но при стандартных условиях его условно принимают равным 0.

Скачок потенциала между металлом, погруженным в раствор своей соли с концентрированной кислотой 1 моль/литр и водородным электродом при стандартных условиях (температура 298К, давление 101 кПа) называют стандартным электродным потенциалом металла.

Потенциал водородного электрона воспроизводится с высокой точностью, поэтому водородный электрод был принят в качестве эталона, для создания шкалы стандартных электродных потенциалов металлов (рядов напряжений).

В ряду напряжений металлы расположены, в порядке возрастания их алгебраических величин электродных потенциалов, то есть в порядке уменьшения их химической активности, величина электродного потенциала, является количественной характеристикой химической активности металлов, то есть его способности отдавать валентные электроны и в виде катионов переходить в раствор, чем меньше электродный потенциал, те сильнее выражена восстановительная способность металла и наоборот.

Гальванически элемент (ГЭ) – называют устройство, в которых энергия химической окислительно–восстановительной реакции преобразуется в электрическую энергию, то есть ГЭ – химические источники тока, рассмотрим процессы протекающие при работе ГЭ Даниэля – Якоби.

ГЭ – состоит из цинкового электрода, цинковые пластинки погружены в раствор сульфата цинка и медного электрода – медной пластинки в растворе сульфата меди, электродом называют систему, состоящую из металла , опущенного в раствор своей соли, растворы электролитов разделены пористой перегородкой или соединены электролитическим ключом (солевым мостиком), который играет роль ионного проводника между растворами.   

Электроды соединены между собой металлическим проводником, который называется внешней цепью электрохимической системы, на границе раздела фаз цинк, раствор цинка, возникает слой дес, а между металлом и электродом электродный потенциал цинка; на границе купрум/раствор, также возникает слой дес между металлом растворов электродный потенциал меди, цинк выполняет роль восстановителя, так как имеет меньшее значение электродного потенциала, чем медь, а медь имеет функцию окислителя, значит после замыкания внешней цепи, ГЭ реализуется ОВР, электроны которой от цинка через проводник (внешнюю цепь), переходят к меди этот направленный поток электронов представляет собой электрический ток, которым можно использовать включив во внешнюю цепь, устройства потребления электроэнергии, например лампочку и электрочайник.

В результате отдача электронов цинк окисляется, катионы меди, перешедшие из раствора сульфата меди, на медный электрод восстанавливаются (разряжаются), принимая электроны поступательно от цинка по внешней цепи, электрод на котором происходит окисление называется анодом а процесс анодным процессом, электрод на котором происходит восстановление называется катодом, а сам процесс, восстановительным катодным процессом. Анодом в ГЭ всегда является электрод с меньшим значением электродного потенциала, то есть более активный металл, в ГЭ Даниэля – Якоби анодом является ион цинка, катодом медь, электрическая цепь ГЭ замыкает движение ионов в растворе, анионов сульфата аноду, катионов меди, цинка к катоду, суммарная реакция за счет которой во внешней цепи появляется электрический ток называется токообразующей.

Таким образом при замыкании внешней цепи возникает самопроизвольные процессы, растворения цинка на цинковом электроде, и выделения меди на медном электроде, в которой будут протекать до тез пор, пока не раствориться весь цинк или на медном электроде не высадится вся медь.

Автор: satanic

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

Оставить комментарий

Рейтинг@Mail.ru