Гальванічний елемент

Електрохімічна комірка, в якій відбуваються самочинні процеси окиснення-відновлення, і, як наслідок, виникає електричний струм, називається гальванічним елементом. Отож, гальванічний елемент є джерелом електричної енергії.

Типова електрохімічна комірка – гальванічний елемент – зображена на

рис 1. Для схематичного зображення гальванічних елементів або електродів використовують умовні записи. Форму та символіку схематичного зображення гальванічних елементів визначено рішенням IUPAС. Згідно з цими правилами речовини, які є в одному розчині, записують через кому. Межу розділу твердої і

рідкої фаз позначають символом “/” або “|”, а електролітичний контакт рідких фаз двох півелементів – символом “//” або “||”. Півелемент, у якому відбувається самочинний процес окиснення, називають анодом і записують у схемі ліворуч. Півелемент, у якому відбувається самочинний процес відновлення, називають катодом і записують праворуч. Отож, схему гальванічного елемента, зображеного на рис. 1, записують так: Zn/ZnSO₄//Cu/CuSO₄.

Анод у гальванічному елементі заряджений від’ємно (заряд “-”), катод – додатно (заряд “+”). Напрям струму – від анода до катода.

Рис. 1. Гальванічний елемент з солевим містком

Якщо у коло під’єднати потенціометр, то можна виміряти різницю потенціалів електродів, тобто загальну напругу на електродах комірки. Цю різницю потенціалів називають рівноважною і вона дорівнює електрорушійній силі (ЕРС) комірки:

ЕРС=Е_к-Е_а+Е_диф,

де Е_к, Е_а – електродні потенціали катода й анода – двох півреакцій, які становлять комірку; Е_диф – дифузійний потенціал або потенціал рідинного сполучення, який виникає на межі розділу двох рідких фаз (різних електролітів двох півелементів) і зумовлений відмінністю швидкостей дифузії іонів через цю межу. Відмінності у швидкості дифузії спричинені різницею рухливостей іонів і градієнтом концентрацій. Значення Е_диф переважно невідоме, може досягати декількох сотих часток вольт. Це лімітує точність прямих потенціометричних вимірювань. Дифузійний потенціал зменшують і стабілізують за допомогою солевого містка (електролітичного ключа), яким замикають коло. Солевий місток – це скляна трубка, заповнена насиченим розчином електроліту з приблизно однаковими рухливостями катіона й аніона в агар-агарі. Найчастіше це KCl, KNO₃, NH₄NO₃ тощо. З підвищенням концентрації електроліту солевого містка потенціал рідинного сполучення зменшується, оскільки послідовні потенціали рідинного сполучення на двох кінцях містка стають рівними за величиною і протилежними за знаком, і так компенсують один одного. Солевий місток також попереджає пряму взаємодію компонентів обидвох півелементів. Потенціал рідинного сполучення солевого містка становить декілька мілівольт або менше і здебільшого його впливом на ЕРС елемента можна знехтувати.

У гальванічному елементі катодом завжди є півелемент з більшим значенням електродного потенціалу.

Дата добавления: 2014-01-05