Гальванический элемент Даниэля-Якоби

Электродвижущая сила элемента

Гальванический элемент Даниэля-Якоби.

Гальванический элемент Даниэля-Якоби состоит из двух электродов, которые находятся в растворах собственных ионов, в частности, из медной пластинки, погруженной в раствор СuSO₄. и цинковой пластинки, погруженной в раствор ZnSO₄. Для предотвращения прямого взаимодействия окислителя и восстановителя электроды отделены друг от друга пористой перегородкой.

Рис. 19

На поверхности цинковой пластины возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие следующего типа:

Zn ↔ Zn²⁺ + 2ē.

В результате протекания этого процесса возникает электродный потенциал цинка.

На поверхности медной пластины также возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие следующего вида:

Cu ↔ Cu²⁺ + 2ē.

В результате возникает электродный потенциал меди.

Потенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение, чем потенциал медного, поэтому при замыкании внешней цепи электроны будут переходить с цинкового электрода на медный. В результате этого перехода происходит перераспределение электронов. и равновесие на цинковом электроде сместится вправо, поэтому в раствор перейдет дополнительное количество ионов цинка. На медном электроде равновесие сместится влево, и произойдет дополнительный разряд ионов меди.

Таким образом, при замыкании внешней цепи возникает самопроизвольный процесс растворения цинка на цинковом электроде и выделение меди на медном электроде. Эти процессы будут продолжаться до тех пор, пока не выровняются потенциалы электродов, или не растворится весь цинк, или не высадится вся медь.

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

1. Реакция окисления цинка

Zn – 2ē → Zn²⁺.

Процессы окисления в электрохимии получили название анодных процессов, а электроды, на которых протекают эти процессы, называются анодами.

2. Реакция восстановления ионов меди.

Процессы восстановления в электрохимии получили название катодных процессов, а электроды, на которых идут эти процессы, получили название катодов.

3. Перенос электронов во внешней цепи.

4. Движение ионов в растворе:

анионов SO₄ ^{2 -} –к аноду;

катионов.Zn²⁺, Си^{2 +} – к катоду.

Суммируя электродные реакции, получим

Zn + Cu²⁺→ Zn²⁺ + Cu.

Вследствие протекания этой реакции в гальваническом элементе возникает движение электронов во внешней цепи, т. е. электрический ток. Поэтому суммарная реакция в гальваническом элементе называется токообразующей.

При схематической записи гальванического элемента границу раздела между проводником первого рода и проводником второго рода изображают одной вертикальной чертой, а границу раздела между проводниками второго рода - двумя чертами:

(Анод) Zn | Zn²⁺ | | Cu²⁺ | Cu (Катод).

С помощью гальванического элемента можно совершить электрическую работу за счет энергии химической реакции.

Дата добавления: 2014-01-06