Co je to galvanická elektroda?

Tato lekce představuje koncept zdroje proudu a zkoumá různé typy zdrojů proudu. Praktická část ukazuje princip činnosti galvanického článku.

Elektrický proud je řízený, uspořádaný pohyb nabitých částic. Aby proud mohl v obvodu existovat po dlouhou dobu, je nutná za prvé přítomnost elektrického pole a za druhé přítomnost nabitých částic, které se mohou v tomto poli pohybovat.

Jedním z hlavních prvků každého elektrického obvodu je zdroj proudu, ve kterém vlivem vnějších sil dochází k oddělení elektrických nábojů. Tyto vnější síly mohou být chemické síly: k oddělení nábojů v tomto případě dochází v důsledku vynaložení chemické energie. Jsou to galvanické články, baterie.

Síly třetích stran mohou být také síly, které využívají tepelnou energii. K tomuto oddělení nábojů, přeměně tepelné energie na elektrickou energii, dochází v termoprvcích

Ve fotočláncích pochází elektrická energie ze světelné energie.

V dynamu dochází k oddělení nábojů a vzniku elektrických sil v důsledku vynaložení mechanické energie.

Nejprve vám představíme galvanický článek. V galvanickém článku dochází k oddělení nábojů vlivem chemických sil. Každý galvanický článek se skládá z elektrolytu a dvou elektrod vyrobených z různých látek. Elektrolyt je roztok soli, kyseliny nebo zásady ve vodě. Ve vodě se neutrální molekuly solí, kyselin a zásad rozpadají a tvoří ionty, kladné i záporné, které jsou kromě neutrálních molekul přítomny v elektrolytu.

V experimentu používáme roztok síranu měďnatého ve vodě. Pozitivní ionty budou ionty mědi a negativní ionty budou ionty zbytku kyseliny. Jako elektrody používáme zinek a měď. Měď je anodou. Kladně nabité ionty mědi, uložené na anodě, odebírají chybějící elektron z anody a obecně se ukazuje, že měděná elektroda je kladně nabitá. Zinková elektroda je katoda. Ionty zbytku kyseliny usazené na katodě předávají přebytečné elektrony katodě a zinek se nabije záporně. Elektrické pole vzniká mezi zinkem a mědí, pokud jsou zinek a měď ponořeny do elektrolytu. Pokud uzavřeme vnější obvod, pak v tomto případě v důsledku emf existujícího na pólech zdroje proudu vzniká ve vnějším obvodu proud. Pokud je vnější obvod vyroben z kovu, pak se jedná o řízený pohyb elektronů od anody ke katodě. Proud teče od anody ke katodě, zatímco elektrony se samozřejmě pohybují od záporně nabité elektrody ke kladně nabité elektrodě – anodě.

Dovolte nám ukázat vám samotný zážitek. Instalace se skládá z vany – plexisklové kyvety, do které budeme nalévat tekutiny, a elektrody. Vidíte zde dvě měděné elektrody a jednu zinkovou elektrodu. Pravá měděná elektroda je připojena k pravé svorce demonstračního galvanometru (jeden z prvků obvodu) a zinková elektroda a levá měděná elektroda jsou připojeny k levé svorce galvanometru.

Nejprve spusťte měděné elektrody do kyvety a nalijte do kyvety destilovanou vodu. Vidíte, že v obvodu není žádný proud.

Zkusme vyměnit měděnou elektrodu za zinkovou. Vyjmeme měděnou elektrodu a spustíme zinkovou elektrodu do kyvety. A v tomto případě není v okruhu žádný proud: v destilované vodě nejsou žádné nosiče náboje.

Do vody přidejte roztok síranu měďnatého. Vidíte, že se v obvodu objevil elektrický proud: o tom svědčí výchylka jehly demonstračního galvanometru. Nyní se ionty mědi a ionty zbytků kyseliny pohybují v opačných směrech a ve vnějším obvodu je proud veden pohybem elektronů ke kladnému pólu zdroje proudu, tedy k mědi.

Pokud vyměníte zinkovou elektrodu opět za měděnou, pak, přestože jsou obě elektrody ponořeny v roztoku síranu měďnatého, v elektrolytu, navzdory přítomnosti iontů v tomto roztoku, není v obvodu žádný proud.

Pro provoz jakéhokoli galvanického článku je tedy nezbytná jak přítomnost elektrolytu, tak přítomnost dvou elektrod vyrobených z nepodobných látek ponořených do tohoto elektrolytu. Velmi dobře znáte takzvané suché prvky. V suchých článcích se jako elektrody používají uhlík a zinek (uhlíková elektroda je anoda, zinek je katoda) a jako elektrolyt se používá roztok čpavku.

7.3. Jacobi-Danielův galvanický článek. EMF K přeměně chemické energie na elektrickou dochází v elektrochemických systémech zvaných galvanické články. Galvanický článek je uzavřený elektrochemický systém sestávající ze dvou elektrod. Uvažujme Jacobi-Danielův galvanický článek. Skládá se z měděné desky ponořené do roztoku CuSC₄a zinkovou desku ponořenou do roztoku ZnSC₄. Aby se zabránilo přímé interakci mezi oxidačním činidlem a redukčním činidlem, jsou elektrody od sebe odděleny porézní přepážkou. Schéma galvanického článku: Zn | ZnSO₄| | CuSO₄| Cu, Zn | Zn 2+ | | Cu 2+ | Cu. Na povrchu zinkové desky se objeví elektrická dvojvrstva a ustaví se rovnováha: Zn-2e « Zn 2+ .

Doporučené materiály

Úloha 82: V úlohách (59-82) sepište kompletní elektronový vzorec atomu prvku v zemi a excitovaném

Vypočítejte emf stříbro-kadmiového galvanického článku, ve kterém jsou koncentrace stříbra 0,1 a 0,005 mol/l iontů kadmia. Sestavte schéma prvku, napište rovnice elektrodových procesů. o (Ag+/Ag) = +0,80 V, o (Cd

Chemické vlastnosti p-prvků (Al, Sn, Pb)
N.G. Polyansky – Olovo (analytická chemie prvků)
Analytická chemie
EMF a napětí galvanických článků

Stanovte entalpii tvorby diboranu B2H6(g) při T = 298 K z následujících údajů: B2H6(g) + 3O2(g) = B2O3(s) + 3H2O(g), H1°= -2035,6 kJ/mol; 2B(s) + 3/2 2(g) = B2(s), H3° = -2 kJ/mol; H1273,5(g) + 2/1 O2(g) = H2O(g), H2° = -3 kJ/

V důsledku tohoto procesu vzniká elektrodový potenciál zinku. Na povrchu měděné desky se také objeví elektrická dvojvrstva a ustaví se rovnováha: Cu 2+ + 2е « Cu, proto vzniká elektrodový potenciál mědi. Potenciál zinkové elektrody má zápornější hodnotu než potenciál měděné elektrody, takže když je vnější obvod uzavřen, to znamená, že když je zinek spojen s mědí kovovým vodičem, elektrony se budou pohybovat ze zinku na měď. Když je tedy vnější okruh uzavřen, dochází k samovolným procesům rozpouštění zinku na zinkové elektrodě a uvolňování mědi na měděné elektrodě. Tyto procesy budou pokračovat, dokud se potenciály elektrod nevyrovnají nebo dokud se veškerý zinek nerozpustí (nebo se všechna měď neuloží na měděnou elektrodu). Během činnosti Jacobi-Danielova prvku tedy probíhají následující procesy: 1) oxidační reakce zinku: Zn – 2е ® Zn 2+. Oxidační procesy v elektrochemii se nazývají anodové procesy a elektrody, na kterých dochází k oxidačním procesům, se nazývají anody; 2) redukční reakce iontů mědi: Cu 2+ + 2e « Cu. Redukční procesy v elektrochemii se nazývají katodické procesy a elektrody, na kterých redukční procesy probíhají, se nazývají katody; pohyb elektronů ve vnějším obvodu; pohyb iontů v roztoku: anionty (SO₄ -2) k anodě, kationty (Cu 2+, Zn 2+) ke katodě. Pohyb iontů v roztoku uzavírá elektrický obvod galvanického článku. Sečtením elektrodových reakcí dostaneme: Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu. V důsledku této chemické reakce dochází v galvanickém článku k pohybu elektronů ve vnějším obvodu a iontů uvnitř prvku, tj. vzniká uzavřený elektrický systém a v něm vzniká elektrický proud. Celková chemická reakce probíhající v galvanickém článku se nazývá proud generující. Elektrický proud vznikající v daném elektrochemickém systému je číselně charakterizován velikostí elektromotorické síly (EMF) prvku. Rovná se rozdílu mezi elektrodovými potenciály katody a anody: (7.3) Za standardních podmínek je možný spontánní výskyt chemické reakce, když se maximální užitečná práce vykonaná v důsledku této reakce rovná záporné hodnotě změny volné energie: A = -DG 0 (7.4) V galvanický článek, maximální elektrická práce vykonaná za standardních podmínek se rovná prvku emf vynásobenému množstvím elektřiny (nF), tj. A = nFE 0, (7.5) kde n je počet elektronů účastnících se reakce; F je Faradayova konstanta, rovna 96500 C/mol; E 0 je standardní emf galvanického článku (T = 298 K, molární koncentrace elektrolytů je 1 mol/dm 3 ). Maximální práce galvanického článku je tedy rovna: A = -DG 0 = nFE 0. (7.6) Standardní emf galvanického článku je: (7.7) Galvanické články se podle charakteru elektrod a koncentrace elektrolytů dělí na chemické a koncentrační. Chemické galvanické články jsou takové články, kde se liší elektrody a elektrolyty. Příkladem chemického galvanického článku je Jacobi-Danielův článek. Koncentrační galvanické články jsou takové prvky, které se skládají ze stejných elektrod, ale koncentrace elektrolytů jsou různé, např. stříbrné elektrody ponořené v roztocích dusičnanu stříbrného o různých koncentracích: Ag | AgNO₃ (0,01 mol/dm3) | | AgNO₃ (0,1 mol/dm 3 ) | Ag. Příklad 1. Galvanický článek se skládá z kovového zinku ponořeného v roztoku dusičnanu zinečnatého o molární koncentraci 0,1 mol/dm 3 a kovového olova ponořeného v roztoku dusičnanu olovnatého o molární koncentraci 0,02 mol/dm 3. Vypočítejte EMF prvek, napište rovnice elektrodových procesů, vytvořte diagram prvku. Řešení. Pro určení EMF prvku je nutné vypočítat elektrodové potenciály pomocí Nernstovy rovnice (7.2): EMF prvku zjistíme pomocí vzorce (7.3): Od , pak na olověné elektrodě dojde k redukci, tedy bude sloužit jako katoda: Pb 2+ + 2e = Pb. 36. Hodnocení výkonu a odměňování v organizačním chování je přednáška, která je mezi těmi, kdo tuto přednášku pořádali, oblíbená. Oxidační proces bude probíhat na zinkové elektrodě: Zn = Zn 2+ + 2e, tj. tato elektroda bude anodou. Obvod uvažovaného galvanického článku má následující tvar: A (-) Zn | Zn(NO₃)₂ | | Pb(NO₃)₂ | Pb (+) K. Odpověď: 0,61 V.