ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
1. Краткие теоретические сведения
Гальванические элементы – это устройства, в которых
происходит превращение энергии химической
окислительно-восстановительной реакции (ОВР) в
электрическую энергию. Такое превращение становится
возможным за счет пространственного разделения
процессов окисления и восстановления, тогда переход
электронов от восстановителя к окислителю осуществляется
по металлическому проводнику, в результате чего
образуется поток электронов в металлическом проводнике
(электрический ток). В обычной ОВР переход электронов
хаотичен, энергия химической реакции превращается в
теплоту.
Простейший гальванический элемент состоит из двух
металлических электродов, погруженных в растворы их
солей, при этом электроды соединены металлическим
проводником, а растворы – т.н. солевым мостиком
(электролитическим ключом). Таким образом, образуется
замкнутая электрическая цепь, в которой отклонение
стрелки гальванометра показывает наличие тока в системе
(рис. 1).
Рис. 1 Схема гальванического элемента
Необходимое условие работы гальванического
элемента – разность электродных потенциалов. Именно
разность электродных потенциалов вызывает
самопроизвольный процесс перехода электронов от анода –
окислителя к катоду – восстановителю.
Например, обычная реакция окисления –
восстановления
CuZnSOCuSOZn
+
=
+
44
или
CuZnCuZn +=+
++ 22
(1)
в медно-цинковом гальваническом элементе разделена на
две полуреакции – анодное окисление и катодное
восстановление:
А:
+
=−
2
2 ZneZn
К:
02
2 CueCu =+
+
Суммирование этих двух полуреакций приводит к
реакции (1), которую называют токообразующей. Очевидно,
что фактически любую ОВР можно представить как
токообразующую реакцию.
Принята краткая запись гальванического элемента:
1)
)(////)(
44
+
−
CuCuSOZnSOZn или
2) )(////)(
22
+−
++
CuCuZnZn ,
где одна черта означает границу между электродом и
раствором, две черты – границу между растворами, знак (-)
означает анод (А), а знак (+) – катод (К).
Величина электродного потенциала металла зависит
от свойств метала, активности (концентрации) его ионов в
растворе и температуры. Эта зависимость выражается
уравнением Нернста:
+
+=
n
Me
o
na
nF
RT
l
ϕϕ
(2)
где
+n
Me
a - это активность (концентрация) ионов металла в
растворе;
n – заряд катиона Ме;
3 4
1. Краткие теоретические сведения Необходимое условие работы гальванического
элемента – разность электродных потенциалов. Именно
Гальванические элементы – это устройства, в которых разность электродных потенциалов вызывает
происходит превращение энергии химической самопроизвольный процесс перехода электронов от анода –
окислительно-восстановительной реакции (ОВР) в окислителя к катоду – восстановителю.
электрическую энергию. Такое превращение становится Например, обычная реакция окисления –
возможным за счет пространственного разделения восстановления
процессов окисления и восстановления, тогда переход Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu или
электронов от восстановителя к окислителю осуществляется Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu (1)
по металлическому проводнику, в результате чего в медно-цинковом гальваническом элементе разделена на
образуется поток электронов в металлическом проводнике две полуреакции – анодное окисление и катодное
(электрический ток). В обычной ОВР переход электронов восстановление:
хаотичен, энергия химической реакции превращается в
А: Zn − 2e = Zn 2+
теплоту.
Простейший гальванический элемент состоит из двух К: Cu 2+ + 2e = Cu 0
металлических электродов, погруженных в растворы их Суммирование этих двух полуреакций приводит к
солей, при этом электроды соединены металлическим реакции (1), которую называют токообразующей. Очевидно,
проводником, а растворы – т.н. солевым мостиком что фактически любую ОВР можно представить как
(электролитическим ключом). Таким образом, образуется токообразующую реакцию.
замкнутая электрическая цепь, в которой отклонение Принята краткая запись гальванического элемента:
стрелки гальванометра показывает наличие тока в системе 1) (−) Zn / ZnSO4 // CuSO4 / Cu (+ ) или
(рис. 1). 2) (−) Zn / Zn 2+ // Cu 2+ / Cu (+) ,
где одна черта означает границу между электродом и
раствором, две черты – границу между растворами, знак (-)
означает анод (А), а знак (+) – катод (К).
Величина электродного потенциала металла зависит
от свойств метала, активности (концентрации) его ионов в
растворе и температуры. Эта зависимость выражается
уравнением Нернста:
RT
ϕ = ϕo + lna Men + (2)
nF
где a Men + - это активность (концентрация) ионов металла в
Рис. 1 Схема гальванического элемента растворе;
n – заряд катиона Ме;
3 4
