Гальванічний елемент

Корозія та захист металів

Електроліз

Ряд електрохімічних потенціалів металів

Електродні потенціали

Гальванічний елемент

Література

/1/ - Романова Н. В. Загальна та неорганічна хімія. – К.: Ірпінь, ВТФ

«Перун», 2002. – 480 с. (Розділ 10. § 10.2-10.4).

/2/ - Глинка Н. Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1987. – 704 с.

(Глава ІХ. § 98-103).

Характерною властивістю металів є їх здатність лише віддавати електрони. тобто вільні метали можуть виступати тільки в ролі відновників.

Здатність металів до утворення вільних позитивно заряджених йонів яскраво виявляється в реакціях витіснення металів з їхніх солей іншими, активнішими металами або під час взаємодії з кислотами-неокисниками. Наприклад, під час взаємодії цинку з хлоридною або розбавленою сульфатною кислотою відбувається окисно-відновна реакція витіснення Гідрогену цинком.

Здатність різних металів віддавати електрони оцінюють за реакціями витіснення цих металів з їхніх солей іншими металами. Так, якщо цинкову пластинку занурити в розчин купрум сульфату, то відбудеться окисно-відновна реакція

Zn + Сu²⁺ = Сu↓ + Zn²⁺.

Рис. 5.Схема мідно-цинкового гальванічного елемента

Ця реакція відбувається, наприклад, у гальванічному елементі, в якому цинкова пластинка (один електрод) занурена у розчин цинк сульфату, а мідна (другий електрод) — у розчин купрум(ІІ) сульфату. Сполучивши цинковий та мідний електроди з гальванометром і з’єднавши розчини U-подібною трубкою, заповненою розчином електроліту КNO₃, дістають гальванічний елемент (елемент Якобі-Даніеля, рис. 5).

Після встановлення у гальванічному колі контакту стрілка гальванометра відхиляється у напрямку до мідного електрода. Це свідчить про те, що під час роботи гальванічного елемента електрони рухаються від цинкового електрода до мідного.

Гальванічний елемент — це прилад, що служить для перетворення хімічної енергії окисно-відновної реакції на електричну. У гальванічному елементі електрони переходять від відновника до окисника не безпосередньо, а по провіднику електричного струму — по зовнішньому колу. Цей напрямлений потік електронів і є електричним струмом.

На цинковому електроді елемента Якобі-Даніеля відбувається розчинення цинку з перетворенням його атомів на йони, тобто процес окиснення:

Znº – 2еˉ = Zn²⁺,

а вивільнені електрони по провіднику переходять на мідний електрод, де відбувається розряджання катіонів Купруму (процес відновлення), що супроводжується виділенням металічної міді:

Сu²⁺ + 2еˉ = Сuº↓.

Сумарне рівняння реакції, внаслідок якої у колі виникає електричний струм, матиме вигляд:

Znº + Сu²⁺ = Zn²⁺ + Сuº↓,

або в молекулярній формі:

Zn + CuSO₄ = Cu + ZnSO₄.

Схематично гальванічний елемент Якобі-Даніеля зображують так:

або (–) Zn| ZnSO₄|| CuSO₄| Cu (+).

Із схеми видно, що в розчині катіони Zn²⁺ і Сu²⁺ переміщуються від цинкового електрода до мідного, а аніони SO₄²ˉ — у зворотному напрямку. Електрод, на якому відбувається процес окиснення, називається анодом, а електрод, на якому відбувається процес відновлення, — катодом. У мідно-цинковому елементі анодом є цинковий електрод, а катодом — мідний.

Електричний струм, що проходить по зовнішньому колу гальванічного елемента, здатний виконувати певну корисну роботу. Величина роботи, яку можна виконати внаслідок перетворення хімічної енергії окисно-відновної реакції, що відбувається в гальванічному елементі, залежить від величини струму, який виникає в цьому елементі.

Електрорушійною силою гальванічного елемента Е° називається максимальне значення напруги гальванічного елемента, що відповідає перебігу реакції в прямому і зворотному напрямках. Електрорушійна сила гальванічного елемента дорівнює різниці потенціалів між його електродами.

Величину Е° можна обчислити за різницею стандартних електродних (окисно-відновних) потенціалів φ°. Так, для реакції, що відбувається в елементі Якобі—Даніеля,

Е° = φ°_Cu – φ°_Zn.

Для обчислення Е від величини потенціалу катода слід відняти величину потенціалу анода. В гальванічному елементі, як уже зазначалось, катодом є позитивно заряджений електрод, анодом — негативно заряджений (під час електролізу — навпаки).

Якщо стандартна е. р. с. гальванічного елемента Е° має додатну величину (ΔGº < 0), то це означає, що дана реакція йде в прямому напрямку, а якщо від’ємну — у зворотному.

Поляризація – це зміна величини електродного потенціалу катода чи анода через зміну стану поверхні електрода – утворення нерозчинних солей, оксидних і газових плівок, які виникають на поверхні електрода при роботі гальванічного елемента.

Н а п р и к л а д, для гальванічного елемента:

Zn|H₂SO₄|Cu на катоді відбувається процес: 2H⁺+ 2еˉ → H₂↑.

Хімічна поляризація в цьому випадку обумовлена утворенням газової плівки водню, що ізолює поверхню катода від розчину електроліту, в наслідок чого зменшується е. р. с.

Концентраційна поляризація електродіввиникає за рахунок зміни концентрації йонів у приповерхневому шарі електрода, що впливає на величину потенціалу електрода.

Н а п р и к л а д, при роботі мідно-цинкового гальванічного елемента:

Zn| ZnSO₄|| CuSO₄| Cu зростає концентрація йонівZn²⁺ біля анода і зменшується концентрація йонів Сu²⁺ біля катода, це призводить до зближення потенціалів катода і анода, тобто до зменшення е. р. с.

Усунення або зниження поляризації називається деполяризацією. Концентраційна поляризація зменшується за рахунок перемішуванням електроліту, а хімічна – введенням деполяризаторів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Складання рівнянь окисно-відновних реакцій	\|	Електродні потенціали

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.