2. Загальні поняття по гальванічний елемент. Окисні та відновні процеси на електродах. Катоди і аноди. Ерс

Окисно-відновна реакція може відбуватися хімічним шляхом -- коли електрони від відновника безпосередньо переходять до окисника. Енергія хімічної реакції в цьому процесі перетворюється на теплову.

Гальванічним елементом називається будь-який пристрій для безпосереднього перетворення хімічної енергії окисно-відновної реакції у електричну енергію.

Гальванічний елемент складається з зовнішнього і внутрішнього кіл, електрохімічно з’єднаних між собою. До зовнішнього кола відносяться електричні дроти та електричні прилади (вимірювачі величини струму і напруги, споживачі або джерело струму тощо). Внутрішнє коло складається з електродів, які з’єднуються між собою напівпроникною мембраною або електролітичним містком. Електролітичний місток виготовляється з скляної або пластмасової трубочки, заповненої насиченим розчином КСl і з обох кінців закритої пористим матеріалом. Мембрани виробляються з різних матеріалів, наприклад, щільних тканин, полімерних плівок. Через них можуть переміщуватися йони, але не переміщуються молекули розчинника.

У гальванічному елементі з різними електродами рівновага порушується. Електроди з меншим потенціалом заряджуються негативно і на них йдуть процеси окиснення (віддачі електронів). Вони називаються анодами ‒ А. Електроди з більшим потенціалом заряджуються позитивно й на них йдуть процеси відновлення (прийняття електронів). Вони називаються катодами і позначаються К.

Розглянемо приклад гальванічного елементу ( елемент Якобі - Даніеля)

4

V

3

1 2

А(−) К(+)

Рис.2. Схема гальванічного елемента (елемент ЯкобіДаніеля). 1  цинковий електрод; 2  мідний електрод; 3‒ електролітичний місток; 4 ‒ вольтметр

В елементі ЯкобіДаніеля анодом буде цинк, а катодом  мідь тому, що потенціал першого значно менший. Рівняння електродних процесів, що відбуваються при роботі елемента Якобі-Даніеля, мають вигляд:

К: Cu⁺² + 2ē  Cu⁰;

A: Zn⁰ − 2ē  Zn⁺².

У його зовнішньому колі електрони рухаються від аноду до катоду, тобто виникає електричний струм.

При схематичному запису, що заміняє рисунок гальванічного елемента, межу розподілу між провідником першого роду і провідником другого роду позначають вертикальною рискою, а межу розподілу між провідниками другого − двома рисками. Наприклад, схема цього елемента буде така:

(–)ZnZnSO₄CuSO₄Cu (+).

Якщо необхідно, у схемі вказують і концентрації електролітів, наприклад:

(–)ZnZnSO₄, 1 МCuSO₄, 0,1 МCu (+).

Найголовнішою характеристикою гальванічного елемента є його електрорушійна сила  ЕРС (Е), яка дорівнює різниці потенціалів катода та анода

Е = _кат  _ан.

ЕРС завжди позитивна величина, тому що _кат > _ан.