Гальванічні елементи - студопедія
Якщо два електроди, наприклад Zn і Cu занурити в розчини їх солей (відповідно ZnSO4 і CuSO4) і з'єднати металевим провідником, утворюється гальванічний елемент. Гальванічними елементами називають пристрої, в яких хімічна енергія окисно-відновних процесів перетворюється в електричну енергію.
При роботі гальванічного елемента цинк, як більш активний метал, окислюється, його іони переходять в розчин, а вивільняються електрони рухаються по зовнішньому ланцюзі до мідного електрода. На мідному електроді протікає реакція відновлення іонів міді з розчину.
Zn → Zn 2+ + 2 # 275;
Підсумовуючи обидва процеси, одержуємо рівняння, що виражає відбувається в гальванічному елементі реакцію в іонній формі:
Zn + Cu 2+ → Cu + Zn 2+.
Молекулярне рівняння цієї реакції матиме вигляд:
Сумарна окислювально-відновна реакція, що протікає в гальванічному елементі, називається токообразующей.
В гальванічному елементі процеси окислення і відновлення протікають окремо. на різних електродах. Електрод, на якому протікає окислювання, називається анодом. В гальванічному елементі анод має знак мінус. Електрод, на якому протікає відновлення. називається катодом. В гальванічному елементі катод має знак плюс. У парі металів завжди більш активний метал є анодом, менш активний - катодом.
Гальванічний елемент позначають схемою. Зліва записується анод Zn | Zn 2+. на якому виникає надлишок електронів і відбувається процес окислення. Праворуч - катод Cu 2+ | Cu - електрод з недоліком електронів. Одна вертикальна риса зображує фазовий розділ між металом і розчином електроліту. Подвійна вертикальна лінія відокремлює анодное простір від катодного. Електрони по зовнішньому ділянці ланцюга, металевому провіднику, переходять від негативного полюса до позитивного. Зовнішню ланцюг на схемі не зображують. В круглих дужках знаками «плюс» і «мінус» позначають полюси електродів. У розглянутому прикладі ця схема буде мати такий вигляд:
Максимальна різниця потенціалів електродів, яка може бути отримана при роботі гальванічного елемента. називається електрорушійної силою (ЕРС). Позначається E, вимірюється в вольтах. ЕРС елемента дорівнює різниці потенціалів катода і анода: E = Jк - jа.
Стандартна ЕРС дорівнює різниці стандартних електродних потенціалів катода і анода: E 0 = j 0 до - j 0 а. Так, для елемента Даніеля - Якобі стандартна ЕРС дорівнює: E o = j o Сu 2+ / Cu - j 0 Zn 2+ / Zn = +0,337 - (-0,763) = +1,100 В.
Окислювально-відновна реакція, яка характеризує роботу гальванічного елемента, протікає в напрямку, в якому ЕРС має позитивне значення. В цьому випадку # 916; G 0 х.р. <0, т.к. энергия Гиббса химической реакции и ЭДС связаны соотношением
# 916; G 0 = # 9472; nE 0 F
де - число електронів, що беруть участь в електродної реакції; F - постійна Фарадея, рівна 96500 Кл; Е 0 - стандартна ЕРС.