Гальванические элементы

Если два различных металла погрузить в раствор электролита, то между ними возникает электрическое напряжение (разность потенциалов).Такая система

Металл 1 | Раствор электролита | Металл 2

называется гальваническим элементом, или гальванической цепью. Вместо металлов в гальванической цепи можно использовать и другие вещества с металлической проводимостью, например графит.

Возникновение разности потенциалов между обоими металлическими электродами объясняется различной склонностью металлов отдавать катионы в раствор электролита. У поверхности каждого из электродов возникает двойной электрический слой (см. рис. 1), который оказывает противодействие дальнейшему переходу катионов в раствор. Если оба металла соединить металлическим проводником,то вследствие электропроводности раствора электролита (ионной проводимости) получается замкнутая электрическая цепь (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема гальванического элемента. 1 – неблагородный металл; 2 – проводник; благородный металл; раствор электролита.

В этой цепи поток электронов будет перемещаться от менее благородного металла через внешний участок цепи (металлический проводник) к более благородному металлу. При этом в растворе электролита катионы будут двигаться к благородному металлу и разряжаться под действием имеющихся на нем электронов. В результате в замкнутой гальванической цепи возникнет электрический ток.

Электрохимические процессы, лежащие в основе действия гальванических элементов, схематически можно представить так:

Неблагородный металл	Благородный металл
Окисление	Восстановление
Отдача ее, образование катионов.	Прием ее, разрядка катионов

Например: Гальванический элемент Даниэля — Якоби (рис. 3) состоит из цинкового электрода — цинковая пластина, погруженная в раствор сульфата цинка(II), и медного электрода — медная пластина, погруженная в раствор сульфата меди(II): Zn | ZnSO₄ || СuSО₄ | Сu.

Рис. 3. Гальванический элемент Даниэля – Якоби. 1 – цинковая пластина; 2 – диафрагма; 3 – медная пластина; 4 – раствор CuSO₄; 5 – раствор ZnSO₄; 6 – лампа накаливания.

Таким образом, данный элемент представляет собой электрохимическую систему:

Металл 1

Раствор электролита 1

Раствор электролита 2

Металл 2

При замыкании цепи в этом элементе протекают следующие электродные процессы:

Zn⁰ -2е^- = Zn²⁺ – (окисление); Сu²⁺ + 2е^-— Сu⁰ – (восстановление) или суммарно (окислительно-восстановительная реакция): Zn⁰ + Сu²⁺ = Zn²⁺ + Сu⁰.

Каждый гальванический элемент состоит из двух электродов (окислительно-восстановительных пар), один из которых является поставщиком электронов, а другой их принимает. При этом на одном электроде возникает избыток электронов (в данном примере — на цинке), а на другом — недостаток электронов (на меди). Электрод с избытком электронов называют отрицательным полюсом гальванического элемента, или анодом, а электрод с недостатком электронов — положительным полюсом, или катодом (в элементе Даниэля — Якоби это соответственно цинковый и медный электроды).

Дата добавления: 2014-12-17