Физические основы общей химии. Балданова Д.М - 55 стр.

сосуда с растворами  электролитным проводником (солевой           т.е. работа данной установки идет до полного растворения цин-
мостик), представляющим собой трубку, заполненную насыщен-         ковой пластины или до полного восстановления всех ионов меди
ным раствором KCl (внутренняя цепь). Если этого не сделать, то     в правой части установки.
изменение энергии Гиббса химической реакции будет выделяться              Таким образом, установка реализует ту же самую реак-
в виде тепловой энергии, так как процесс будет хаотическим (те-    цию, что и в первом случае. Окислительно-восстановительные
пловое движение), а не направленным, цепь будет разомкнутой.       процессы идут самопроизвольно, образуются одни и те же про-
      Работа такого элемента заключается в том, что более ак-      дукты. Равновесие (5.1) смещено вправо и необратимо.
тивный металл, растворяясь, переходит в ионное состояние, отда-           Вследствие этой химической реакции в элементе Даниэля-
вая свои электроны менее активному металлу, который в резуль-      Якоби возникает движение электронов во внешней цепи слева
тате этого будет переходить из состояния иона в остов атома и      направо и ионов SO 24 − во внутренней цепи справа налево, т.е.
наращивать кристаллическую решетку электрода.                      электрический ток, поэтому суммарная химическая реакция в
      Таким образом, при работе элемента Даниэля-Якоби проте-      элементе называется токообразующей:
кают следующие процессы:
      а) растворение цинковой пластинки:                                                Zn + Cu 2+ = Cu 0 + Zn 2+ .
                                                                          Устройства, в которых происходит превращение энергии
                       Zn 0 − 2 e → Zn 2+ .                        химической окислительно-восстановительной реакции в электри-
      Электроды, на которых протекают процессы окисления, на-      ческую энергию, называются химическими источниками элек-
зываются анодами. Следовательно, цинковая пластина является        трической энергии, или гальваническими элементами.
анодом;                                                                   Гальванический элемент состоит из двух электродов-
      б) электроны с цинкового электрода переходят через внеш-     металлов, погруженных в растворы собственных ионов.
нюю цепь на ионы меди, которые и осаждаются на медном элек-               Данные растворы сообщаются друг с другом через солевой
троде:                                                             мостик или через пористую перегородку. При составлении галь-
                       Cu 2+ + 2 e → Cu 0 .                        ванического элемента стараются использовать металлы, распо-
      Электроды, на которых протекают процессы восстановле-        ложенные далеко друг от друга в ряду напряжений, чтобы полу-
ния, называются катодами;                                          чить большую ЭДС. Однако при конструировании реальных хи-
      в) ионы цинка Zn 2+ , образовавшиеся в результате раство-    мических источников тока металлы высокой химической актив-
рения цинковой пластины, уходят с ее поверхности в раствор,        ности ( Li , Na , K , Ca ) использовать нельзя, так как они будут
притягивая к себе анионы SO 24- , которые, в свою очередь, пере-   реагировать с водой и другими компонентами окружающей сре-
                                                                   ды.
шли из правой части установки через солевой мостик (внутрен-
                                                                          При схематическом изображении гальванического элемен-
нюю цепь). Ионы SO 24- и Zn 2+ образуют ZnSO 4 .                   та граница раздела между металлом и раствором обозначается
      По мере работы этого элемента масса цинковой пластины        вертикальной чертой, граница между растворами электролитов –
уменьшается, а масса медной пластины увеличивается. Концен-        двойной вертикальной чертой. Сначала записывается металл с
трация раствора сульфата меди падает, а концентрация раствора      меньшим потенциалом, тем самым являющийся анодом, на кото-
сульфата цинка растет. Через некоторое время движение зарядов      ром протекает окислительный процесс, затем металл-электрод с
прекращается, т.е. ЭДС = 0. Наступает химическое равновесие,       большим потенциалом, т.е. катод, на котором протекает восста-
                                                                   новительный процесс.
                              106                                                                  107