Гальванический элемент – устройство, состоящая из двух электродов, в котором химическая энергия преобразуется в электрическую. Т.е. такое уст-во служит источником электрического тока. Например: гальванический элемент, который состоит из стандартного цинкового и никелевого электродов. Пластинки цинка и никеля погружают в ZnSO4, NiSO4 соответственно. Концентрация раствора – 1 моль/л. Схему элемента можно представить следующим образом:
Zn|ZnSO4(1м)||NiSO4(1м)|Ni
E0(Zn/Zn2+)= -0.75В
E0(Ni/Ni2+)= -0.25В.
Значение стандартного электродного потенциала оказывает на то, что Zn легче отдает ē, т.е. окисляется. При замыкании электрохимической цепи начнут протекать следующие процессы. На электроды с более отрицательным потенциалом – окисление металла, а электроды с более положительным потенциалом (Ni) – восстановление ионов металла: Zn -2ē→Zn2+, Ni2++2ē→Ni.
При окислении Zn ионы Zn переходят в раствор, а ē остаются в металле. По проводнику, соединившему металлы, эти ē переходят на Ni и расходуются в реакции восстановлении ионов Ni. Такие процессы протекают до тех пор пока весь Zn на растворяться или не израсходуются все частицы, которые могут восстанавливать Ni.
Вывод: при работе гальванического элемента, по металлическому проводнику, соединяющего два электрода происходит направленное движение электродов.
Основной характеристикой данного процесса является электродвижущая сила (ЭДС). Она равна разности стандартных электронных потенциалов, причем из более положительных вычитается более положительные потенциалы.
Е=E0(Zn/Zn2+)-E0(Ni/Ni2+)= -0.25-(-0.75).
При последовательном соединение гальванических элементов можно получить батарею с заданной электродвижущей силой. Наиболее распространенным гальвон. элементом является элемент Даниэля Якобень, который состоит из цинковой и медной пластины, погруженных соответственной в ZnSO4, CuSO4.
Zn|ZnSO4|| CuSO4|Cu.
Топливные элементы – являются разновидностью гальванических элементов, в которых электрическая энергия образуется за счет окисления топлива. Окислителем и восстановителем, которыми в данном случае является топливо, подают в систему из вне. Рассмотрим пример топливного элемента – водородно-кислородного. В этих элементах используется никелевые электроды, погруженные в раствор гидрооксида калия. К электродам постоянно подаются газообразный Н и О.
Ni|H2|KOH|O2|Ni
При работе элемента Н окисляется, а О восстанавливается при участии молекул воды: H2-2ē→2H+, О2+2H2O+4ē→4ОH-.
Суммарный процесс представляет собой горение Н: 2H2+О2→2Н2О.
Топливные элементы обладают высокой эффективностью, но главным недостатком являются трудности, связанные с транспортировкой Н.
Аккумуляторы. В качестве источников постоянного тока используется аккумулятор – это гальванические элементы многоразового использования. Рассмотрим пример на свинцовом аккумуляторе. Он состоит из свинцовых пластинок, погруженных в раствор Н2SO4, причем, часть пластинок покрыта оксидом свинца. Эти пластинки являются окислителями: Pb2++SO42-→PbSO4.
Пропуская электрический ток через отработанный разряженный аккумулятор, его можно снова восстановить. В результате процесса зарядки аккумулятор PbSO4 удаляется с поверхности пластинок и они приобретают исходную форму.
Ваша оценка?
