Galvanický článek – schéma a princip činnosti – CyberPedia

Galvanický článek – zařízení, ve kterém se chemická energie oxidačně-redukčních procesů přeměňuje na elektrickou energii.

Galvanický článek se skládá ze dvou elektrod a iontového vodiče mezi nimi. elektrody používají se kovy, uhlí a další látky s elektronickou vodivostí (vodiče 1. druhu). Jedna elektroda v galvanickém článku se někdy nazývá poločlánek. Iontový vodič (vodič 2. druhu) jsou roztoky nebo taveniny elektrolytů. Pro zajištění činnosti galvanického článku jsou elektrody vzájemně propojeny kovovým vodičem nazývaným vnější řetězJako iontový vodič se používá „solný můstek“ – zakřivená (ve tvaru U) skleněná trubice naplněná nasyceným roztokem chloridu draselného KCl. Vnitřní řetěz tvoří samotný galvanický článek.

Jsou jisté předpisy záznamy elektrochemického systému:

· vlevo mít elektrodamít více negativního potenciálu (znaménko „-“), vpravo – elektrodamít více pozitivního potenciálu Znaménko (+):

nebo v iontové formě:

Al │ Al 3 + ║ Ni 2+ │Ni;

· řešení samostatný svislá tečkovaná čára, pokud jsou ve vzájemném kontaktu:

Bod, H₂HCl ¦ CuCl₂Měď;

dvě svislé čáry – pokud je mezi nimi solný můstek:

Galvanický článek může být vyroben ze dvou identických elektrod umístěných v roztocích s různou koncentrací solí (aktivitou kationtů). Kovová elektroda umístěná v zředěnějším roztoku funguje jako záporná elektroda a elektroda umístěná v koncentrovanějším roztoku funguje jako kladná elektroda. Tento typ galvanického článku se nazývá koncentrační galvanický článekSchéma koncentračního galvanického článku lze také zapsat jako:

Sestrojme galvanický článek sestávající ze dvou kovů, Al a Ni, ponořených do roztoků jejich vlastních solí (obr. 8.1).

Obr. 8.1. Schéma zapojení galvanického článku

Tento galvanický článek lze znázornit následujícím diagramem:

Pomocí tabulkových dat vypíšeme hodnoty standardních elektrodových potenciálů pro každou elektrodu:

V páru Al – Ni má hliník zápornější hodnotu elektrodového potenciálu, proto je v diagramu galvanického článku zapsán vlevo a označen znaménkem „–“, niklová elektroda je kladnější než hliníková (znaménko „+“), proto je zapsána vpravo. Po uzavření vnějšího obvodu se elektrony začnou pohybovat z hliníkové elektrody na niklovou, což je v diagramu znázorněno šipkou nahoře.

Na elektrodách ve vnitřním obvodu probíhají následující reakce:

na anodě – proces uvolňování elektronů, tj. oxidace

(-) A: Al₂O₃⁻ → Al₃⁻ (oxidace);

na katodě — proces přijímání elektronů, tj.. obnovení

(+) Komu: Ni 2+ + 2 ē → Ni 0 (redukce).

Elektrony se pohybují podél vnějšího obvodu od redukčního činidla k oxidačnímu činidlu, od anody ke katodě (A→K ).

Vypočítejme elektrodové potenciály s ohledem na koncentrace roztoků, například 0,001 mol/l.

K tomu používáme Nernstova rovnice pro kovovou elektrodu:

kde je standardní elektrodový potenciál,

z je počet elektronů zapojených do elementárního aktu oxidace nebo redukce;

= -1,66 + log (0,001) = -1,66 + (-3) = -1,72 V.

= -0,25 + log (0,001) = -0,25 + (-3) = -0,34 V.

Vypočítáme elektromotorické síly (E) galvanického článku a Δ G reakce, která v něm probíhá, s přihlédnutím k tomu, z se bere v úvahu s ohledem na nejmenší společný násobek koeficientů elektronové bilance:

E = φ_cca. — φ_vzpoura = -0,34 — (-1,72) = 1,38 V.

Δ G = -z FE = -6×96500×1,38×10⁻³ = -3 kJ.