Гальванические элементы

Гальваническими элементами называют устройства или системы, в которых реализуется прямое окислительно-восстановительное преобразование химической энергии имеющихся в них реагентов в электрическую.

Другими словами гальванические элементы – простые химические источники электрической энергии. Гальванический элемент является необратимым источником одноразового действия. Гальванический элемент работает до тех пор, пока не израсходуется один из электродов. В таком элементе всегда растворяется наиболее активный металл.

Принцип работы гальванических элементов

Первая такая электрохимическая система была предложена итальянским ученым Алессандро Вольта. Она представляет собой цинковые и медные пластины, между которыми находится сукно, увлажненное серной кислотой: $Zn/H^+/Cu$.

Согласно схеме данного гальванического элемента $CuSО_4$-$ZnSО_4$, в нем происходят следующие процессы:

Катод(+) $Cu^{2+} +2 → Cu^0$

Aнод(–) $Zn^0 → Zn^{2+}+ 2$

Результирующий процесс $Cu^{2+} + Zn^0 → Zn^{2+} + Cu^0$

Принципиальная схема гальванического элемента$CuSО_4$-$ZnSО_4$

Электроны направляются из медного электрода к серебряному. Электрод на котором протекает процесс окисления ($Zn^0 → Zn^{2+}$, процесс окисления) будет анодом, электрод на котором происходит процесс восстановления ($Cu^{2+} → Cu^0$, процесс восстановления) – катодом. В гальваническом элементе анод заряжен отрицательно, катод – положительно.

${{E}^{0}}=\Delta E_{}^{0}-\Delta E_{.}^{0}=\Delta E_{}^{0}-\Delta E_{}^{0}=\Delta E_{C{{u}^{2+}}/C{{u}^{0}}}^{0}-\Delta E_{Z{{n}^{2+}}/Z{{n}^{0}}}^{0}=0,34-(-0,76)=1,1B$

Способность каждого химического элемента подвергаться в гальваническом устройстве окислению или, наоборот, восстановлению можно установить, оценивая его электродный потенциал. Например, катод, потенциал которого имеет более высокую алгебраическую величину (более положительное значение), представляет собой положительный полюс внешнего круга гальванического элемента, тогда как анод, имея меньшую величину этого потенциала (более отрицательное значение), будет отрицательным полюсом.

Перед началом работы гальванического элемента в обоих растворах количество катионов строго соответствует числу анионов. В процессе эксплуатации гальванического элемента в раствор $ZnSО_4$ непрерывно поступают катионы цинка, поэтому анионов становится недостаточно для образования молекулярной вещества, а с раствор $CuSО_4$ катионы меди постоянно восстанавливаются на медном катоде, поэтому образуется избыток анионов, которые движутся через солевой мостик или электрохимический ключ от раствора $CuSО_4$ к раствору $ZnSО_4$.
В момент замыкания проводником двух электродов между двумя металлами возникает потенциал, называемый контактным.

Характеристика некоторых промышленных гальванических элементов

Вам нужно срочно заказать статью по химии для публикации? Обратитесь за помощью к нашим экспертам!

Тест по теме «Гальванические элементы»