Гальванические элементы

Примером гальванического элемента может служить гальванический элемент Даниэля - Якоби (рис. 2).

Он состоит из медной пластины, погруженной в раствор CuSO₄, и цинковой пластины, погруженной в раствор ZnSO_4. Для предотвращения прямого взаимодействия окислителя и восстановителя электроды отделены друг от друга пористой перегородкой. На поверхности цинковой пластины возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие:

m

с_р

  с

Zn + mH₂O Zn (H₂O) ²⁺ +2e

В результате протекания этого процесса возникает электродный потенциал цинка. На поверхности медной пластины также возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие:

с_р

m

Cu + mH₂O Cu(H₂O)²⁺ + 2e,

поэтому возникает электродный потенциал меди. Цинк – активный металл, медь – малоактивный металл. Потенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение, чем потенциал медного электрода, поэтому при замыкании внешней цепи, т.е. при соединении цинка с медью металлическим проводником электроны будут переходить от цинка к меди. В результате перехода электронов от цинка к меди равновесие на цинковом электроде сместится вправо, поэтому в раствор перейдет дополнительное количество ионов цинка, т.е. Ср > С. В то же время равновесие на медном электроде сместится влево и произойдет разряд ионов меди, т.е. Ср < С.

	Cu (+) катод		Zn (-) анод

Рис.2 Схема гальванического элемента Даниэля – Якоби.

аким образом, при замыкании внешней цепи возникают самопроизвольные процессы растворения цинка на цинковом электроде и выделения меди на медном электроде. Данные процессы будут продолжаться до тех пор, пока не выравнятся потенциалы электродов.

Итак, при работе элемента Даниэля - Якоби протекают следующие процессы:

1) реакция окисления цинка Zn - 2e Zn²⁺

Процессы окисления в электрохимии получили название анодных процессов, а электроды, на которых идут процессы окисления, называют анодами;

2) реакция восстановления ионов меди Cu²⁺ + 2e Cu

Процессы восстановления в электрохимии получили название катодных процессов, а электроды, на которых идут процессы восстановления, называют катодами;

3) движение электронов во внешней цепи;

4) движение ионов в растворе: анионов (SO^2-₄) к аноду, катионов (Cu²⁺, Zn²⁺) к катоду. Движение ионов в растворе замыкает электрическую цепь гальванического элемента. Суммируя электродные реакции, получаем: Zn + Cu²⁺ = Cu + Zn²⁺

При схематической записи, заменяющий рисунок гальванического элемента, границу раздела между электродом и раствором или расплавом электролита обозначают одной вертикальной чертой, а границу раздела между растворами или расплавами электролитов – двумя чертами. Схема элемента Даниэля – Якоби записывается в виде:

(-) Zn Zn²⁺ Cu²⁺ Cu (+)

Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента, называется электродвижущей силой (ЭДС) элемента.

Дата добавления: 2013-12-14