Гальванические элементы

Гальваническим элементом называется система, в которой химическая энергия окислительно-восстановительного процесса превращается в электрическую. При этом процессы окисления и восстановления в системе пространственно разделены. Примером гальванической системы может служить элемент Якоби-Даниэля (учебник Ершова, с.465). Он состоит из цинкового и медного электродов, опущенных в растворы солей этих металлов. Между растворами имеется пористая перегородка.

( рис.4)

На цинковом электроде происходит переход ионов цинка с электрода в раствор; протекает реакция окисления:

Z n - 2e Zn²⁺

В результате растворения цинковой пластинки увеличивается концентрация ионов цинка в растворе.

На медном электроде протекает реакция восстановления:

C u²⁺ - 2e Cu

В результате этого концентрация ионов меди в растворе уменьшается. При замыкании полюсов элемента проводником (внешняя цепь) электроны переходят по нему с цинковой пластины на медную. Т.к. в приэлектродном пространстве цинкового электрода раствор обогащается ионами цинка, а медного электрода - обедняется ионами меди, то сульфат-ионы перемещаются через пористую перегородку из раствора сульфата меди в раствор сульфата цинка (внутренняя цепь). Возникает замкнутый контур электрического тока.

Электрический ток, возникающий в гальваническом элементе, обусловлен суммарной окислительно-восстановительной реакцией:

Z n + Cu²⁺ Cu + Zn²⁺

Электрохимические процессы, лежащие в основе действия элемента Якоби-Даниэля схематично можно представить так:

Zn Cu

Окисление Восстановление

(отдача электронов, (прием электронов,

образование катионов) разрядка катионов)

В гальванической цепи условно различают катод и анод.

Анодом называется электрод, на котором протекает процесс окисления, т.е. отдачи электронов.

В гальванической цепи анод заряжен отрицательно. Он посылает электроны во внешнюю цепь.

Катодом называется электрод, на котором протекает процесс восстановления, т.е. присоединение электронов.

В гальванической цепи катод заряжен положительно. Он принимает электроны из внешней цепи.

При условном обозначении гальванических цепей анод записывают слева, катод справа (правило «правого полюса»), границу раздела между проводниками I рода и II рода изображают одной вертикальной чертой, границу раздела между двумя проводниками 2-го рода изображают двумя вертикальными чертами (учебник Ершова, с.466):

(-) Анод | Анодный раствор || катодный раствор | Катод (+)

Элемент Якоби-Даниэля схематично можно представить так:

(-) Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu(+)

анод катод

или

(-) Zn | Zn⁺² || Cu⁺² | Cu(+)

Если составлять гальваническую цепь из двух металлических электродов, то тот металл, который распложен правее в электрохимическом ряду напряжений, будет катодом (+), а левее - анодом (-).

Способность гальванической цепи к переносу электрических зарядов характеризуется электродвижущей силой (ЭДС). ЭДС гальванической цепи определяется как разность потенциалов катода и анода:

ЭДС = Е_K - Е_A.

ЭДС гальванического элемента всегда положительная величина. Чем дальше отстоят друг от друга металлы в ряду стандартных электродных потенциалов, тем больше будет ЭДС построенного из них гальванического элемента.