Гальванические элементы

К химическим источникам тока (ХИТ) относятся гальванические элементы, аккумуляторы и топливные элементы.

Гальваническим элементом называют устройство для прямого преобразования энергии химической реакции в электрическую, в котором реагенты (окислитель и восстановитель) входят непосредственно в состав элемента и расходуются в процессе его работы. После расхода реагентов элемент не может больше работать, то есть это ХИТ одноразового действия.

Если окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе его работы подаются к электродам, которые не расходуются, то такой элемент может работать длительное время и называется топливным элементом.

В основе работы аккумуляторов лежат обратимые ОВР. Под действие внешнего источника тока ОВР протекает в обратном направлении, при этом устройство накапливает (аккумулирует) химическую энергию. Этот процесс называется зарядом аккумулятора. Затем аккумулятор может превратить накопленную химическую энергию в электрическую (процесс разряда аккумулятора). Процессы заряда и разряда аккумулятора осуществляются многократно, то есть это ХИТ многоразового действия.

Любой гальванический элемент состоит их двух полуэлементов, соединенных между собой металлическим проводником. В этом случае электрод, имеющий меньшее значение потенциала, называется анодом и обозначается знаком «–». На аноде идет окисление частиц восстановителя. Электрод, обладающий большим потенциалом, называется катодом и обозначается знаком «+». На катоде происходит восстановление частиц окислителя. Переход электронов с восстановителя на окислитель происходит по металлическому проводнику, который называют – внешняя цепь. ОВР, лежащая в основе работы гальванического элемента, называется токообразующей реакцией.

НАПРИМЕР: при контакте двух металлов «свинец – медь» возникнет гальванический элемент. Стандартный потенциал медного электрода равен +0,336 В, а стандартный потенциал свинцового электрода равен –0,126 В, то есть потенциал меди больше потенциала свинцового электрода, значит Pb – анод, а Cu – катод. Следовательно, в элементе протекают процессы

На аноде: Pb – 2® Pb²⁺

На катоде: Cu²⁺ + 2® Cu

Токообразующая реакция: Pb + Cu²⁺ = Pb²⁺ + Cu.

Основной характеристикой работы элемента является его ЭДС D Е, которая вычисляется как разность между потенциалами катода и анода

D Е = Е _катод - Е _анод (11)

Поскольку потенциал катода всегда больше потенциала анода, то из формулы (11) следует, что в работающем гальваническом элементе D Е > 0.

Гальванические элементы принято записывать в виде схем, в которых одна вертикальная линия изображает границу раздела фаз (металл – раствор), а две вертикальные линии – границу между двумя растворами:

Схема элемента: (-) Pb½Pb²⁺½½Cu²⁺½Cu (+)

Дата добавления: 2014-01-03