Okrem elektrolýzy je možná aj iná možnosť vzniku redoxnej reakcie. V tomto prípade elektróny z redukčného činidla do oxidačného činidla prechádzajú cez kovový vodič cez vonkajší elektrický obvod. Výsledkom je, že vo vonkajšom obvode vzniká elektrický prúd a takéto zariadenie sa nazýva galvanický prvok. Galvanické články sú chemické zdroje prúdu- zariadenia na priamu premenu chemickej energie na elektrickú energiu, obchádzajúc jej ostatné formy.
Galvanické články na báze rôznych kovov a ich zlúčenín našli široké praktické uplatnenie ako zdroje chemického prúdu.
V galvanickom článku sa chemická energia premieňa na elektrickú energiu. Najjednoduchší galvanický článok pozostáva z dvoch nádob s roztokmi CuSO 4 a ZnSO 4, do ktorých sú ponorené medené a zinkové platne. Nádoby sú navzájom spojené trubicou nazývanou soľný mostík, naplnenou roztokom elektrolytu (napríklad KCl). Takýto systém je tzv meď-zinkový galvanický článok.
Schematicky sú procesy vyskytujúce sa v meď-zinkovom galvanickom článku alebo inými slovami diagram galvanického článku znázornené na obrázku nižšie.
Schéma galvanického článku
Proces oxidácie zinku prebieha na anóde:
Zn-2e- = Zn2+.
V dôsledku toho sa atómy zinku premieňajú na ióny, ktoré prechádzajú do roztoku a zinková anóda sa rozpúšťa a jej hmotnosť klesá. Všimnite si, že anóda v galvanickom článku je záporná elektróda (v dôsledku elektrónov získaných z atómov zinku), na rozdiel od procesu elektrolýzy, kde je pripojená ku kladnému pólu externej batérie.
Elektróny z atómov zinku prechádzajú cez vonkajší elektrický obvod (kovový vodič) ku katóde, kde prebieha proces redukcie iónov medi z roztoku jeho soli:
Cu 2+ + 2е – = Cu.
V dôsledku toho vznikajú atómy medi, ktoré sa ukladajú na povrchu katódy a zvyšuje sa jej hmotnosť. Katóda v galvanickom článku je kladne nabitá elektróda.
Celková rovnica pre reakciu prebiehajúcu v galvanickom článku medi a zinku môže byť znázornená takto:
Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu.
V skutočnosti dochádza k reakcii nahradenia medi zinkom v jeho soli. Rovnakú reakciu možno uskutočniť aj iným spôsobom - ponorením zinkovej platne do roztoku CuSO 4 . V tomto prípade sa vytvárajú rovnaké produkty - ióny medi a zinku. Ale rozdiel medzi reakciou v galvanickom článku medi a zinku je v tom, že procesy straty a zisku elektrónov sú priestorovo oddelené. Procesy uvoľňovania elektrónov (oxidácie) a adície (redukcie) elektrónov neprebiehajú v priamom kontakte atómu Zn s iónom Cu 2+, ale na rôznych miestach systému - respektíve na anóde a katóde, ktoré sú spojené kovovým vodičom. Pri tomto spôsobe uskutočňovania tejto reakcie sa elektróny pohybujú z anódy na katódu pozdĺž vonkajšieho obvodu, ktorým je kovový vodič. Usmernený a usporiadaný tok nabitých častíc (v tomto prípade elektrónov) je elektriny. Vo vonkajšom obvode galvanického článku vzniká elektrický prúd. Ak chcete hlasovať, musíte povoliť JavaScript
O.S.ZAYTSEV
KNIHA CHÉMIE
PRE UČITEĽOV STREDNÝCH ŠKOL,
ŠTUDENTI PEDAGOGICKÝCH VYSOKÝCH ŠKOL A ŠKOLÁCI 9. – 10. ROČNÍK,
KTORÍ SA ROZHODLI VENOVAŤ CHÉMII A PRÍRODOVEDE
UČEBNICOVÁ ÚLOHA LABORATÓRIUM PRAKTICKÉ VEDECKÉ ROZPRÁVKY NA ČÍTANIE
Pokračovanie. Pozri č. 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 22, 24, 29, 30, 31, 34/2004
§ 8.2. Reakcie na rozhraní kov-roztok
(pokračovanie)
Urobme obvod dvoch elektród, napríklad medi a zinku. Poďme diskutovať o troch možnostiach pre takýto galvanický článok.
Hneď si povedzme, že prvá možnosť pre nás nebude zaujímavá. Zinkové a medené platničky dáme do pohára s roztokom ich solí - síranov zinku a medi (obr. 8.6). Spojme elektródy s vodičmi cez zariadenie na meranie napätia - voltmeter, ktorý je na obrázku označený symbolom „B“.
Zinok aj meď posielajú svoje ióny do roztoku, ale rovnováha zodpovedajúcich reakcií sa posúva smerom ku kovom, keďže nie sú v čistej vode, ale v roztoku obsahujúcom ióny týchto kovov. Napriek tomu má zinok vyššiu schopnosť posielať ióny do roztoku a má vyšší záporný elektródový potenciál. Preto sa ióny medi ponáhľajú k zinkovej elektróde a na zinku sa vytvorí meď:
Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu.
K prechodu elektrónov dochádza priamo na povrchu zinku, medzi doskami nevzniká potenciálny rozdiel a voltmeter neukáže napätie.
Zmeňme zážitok. Do nádoby umiestnime prepážku z poréznej keramiky (obr. 8.7).
Elektróny opúšťajú zinok a cestujú pozdĺž vodiča cez voltmeter do medi, kde interagujú s iónmi medi, čo vedie k ukladaniu medi na medenú elektródu. Súčasne ióny zinku prechádzajú do roztoku.
Pórovitá prepážka slúži na to, aby zabránila iónom medi priblížiť sa k zinku a tým zabránila priamemu prenosu elektrónov zo zinku na ióny medi namiesto cez vodič. Ako reakcia postupuje, ióny zinku sa pohybujú zo zinku na meď a to isté sa deje s iónmi medi.
Porézna priehradka nebráni dobre premiešavaniu roztokov a navyše výroba nádob s poréznou priehradkou je náročná, takže môžete postupovať nasledovne. Vezmeme dva poháre, nalejeme do nich roztoky, ktoré spojíme elektrolytickým mostíkom - sklenenou trubicou v tvare U naplnenou nasýteným roztokom chloridu draselného (obr. 8.8).
Do koncov rúrok sa vkladajú vatové tampóny, aby sa zabránilo vyliatiu tekutiny z mostíka.
Porézna priečka je teda nahradená elektrolytickým mostíkom. V ňom sa chloridové ióny pohybujú smerom k zinkovej elektróde a draselné ióny sa pohybujú smerom k medenej elektróde. Mostík oddeľuje elektródové priestory, zabraňuje elektrickej vodivosti v dôsledku pohybu iónov zinku a medi a znižuje potenciál, ktorý vzniká pri kontakte dvoch rôznych roztokov. Ďalší potenciál vzniká aj vtedy, keď sa ióny pohybujú rôznymi rýchlosťami a draselné ióny a chloridové ióny sa pohybujú takmer rovnakou rýchlosťou.
Zostavme obvod (pozri obr. 8.8) zo štandardných medených a zinkových elektród (koncentrácia kovových iónov v roztokoch je 1 mol/l). Určme smer reakcie v tomto galvanickom článku a jeho EMF:
Potenciál zinkovej elektródy má záporné znamienko a potenciál medenej elektródy kladné znamienko. V dôsledku toho má zinková elektróda väčšiu schopnosť darovať elektróny a prebehne na nej opačne orientovaná reakcia a medená elektróda prijme elektróny:
Ak teda ponoríme kúsok kovového zinku do roztoku síranu meďnatého, zinok prejde do roztoku vo forme iónov a zároveň sa na ňom usadí vrstva medi.
V zozname elektródových potenciálov je reakcia:
2H+ (10-7 M, voda)+ 2 e= H2 (g), E= -0,41 V.
Toto je potenciál vodíkovej elektródy vo vode. Všetky kovy, ktoré sa nachádzajú vo vyššie uvedenom zozname a ktorých elektródové potenciály majú vyššie záporné hodnoty, musia reagovať s vodou („rozpustiť sa“) za vzniku vodíka. Ale dobre viete, že železo, chróm, zinok a hliník za normálnych podmienok s vodou nereagujú. Horčík reaguje s horúcou vodou a sodík, vápnik, draslík a lítium za normálnych podmienok s vodou. Vysvetľuje to skutočnosť, že na železe, chróme, zinku a hliníku sa vytvárajú zle rozpustné oxidové filmy, ktoré bránia prístupu vody ku kovu. Keď sa vrstva oxidu odstráni, začne interakcia týchto kovov s vodou. Oxidy alebo hydroxidy sodíka, vápnika, draslíka, lítia sú rozpustné vo vode a nechránia kovy pred kontaktom s vodou.
Pre elektródové reakcie, potenciály a emf sú použiteľné všetky vzorce, ktoré sme predtým odvodili pre redoxné reakcie:
G=–nEF= N – TS = –RT ln K=–nE 96 484 = –2,303 8,314 T lg TO.
Pri výpočte rovnovážnej konštanty nezabúdajte, že kryštalické fázy (kovy) sa do výrazu rovnovážnej konštanty nezapisujú, pretože koncentrácia kryštalickej látky nezávisí od jej množstva, t.j. je konštantná. Napríklad:
Potenciály elektród a emf elektrochemických reakcií sú veľmi závislé od koncentrácií iónov a pH média. Preto smer procesu často predpovedaný pre štandardné podmienky sa nezhoduje so smerom, ktorý sa vyskytuje za týchto podmienok.
Informácie o tom, ako určiť smer reakcie za neštandardných podmienok, nájdete v učebniciach chémie pre stredné školy.
Zoznam nových a zabudnutých pojmov a slov
Chemické zdroje elektrického prúdu alebo galvanické články premieňať energiu uvoľnenú pri redoxných reakciách na elektrickú energiu. Galvanické články slúžia ako zdroje jednosmerného prúdu. Delia sa na chemický A koncentrácie.
Najjednoduchší chemický galvanický článok môže byť zložený z dvoch kovových elektród s rôznymi elektródovými potenciálmi, ktoré sú spojené v uzavretom okruhu.
Na elektróde, ktorá má nižší elektródový potenciál, dôjde k oxidačnému procesu. Táto elektróda sa nazýva inak anóda.
Na elektróde, ktorá má vyššiu hodnotu elektródového potenciálu, dôjde k procesu redukcie. Táto elektróda sa nazýva inak katóda.
Pozrime sa podrobnejšie na princíp činnosti galvanických článkov na príklade prvku zloženého zo zinkových a medených elektród. Tento prvok sa nazýva inak Jacobi-Daniel prvok (Obr. 94).
Ryža. 94. Schéma meď-zinkového galvanického článku
Každá elektróda pozostáva z kovovej platne ponorenej do soľného roztoku: ZnSO4 a CuSO4.
Soľné roztoky sú od seba oddelené poréznou prepážkou, cez ktorú môžu ľahko prechádzať ióny kovov a SO 4 2-. Často namiesto poréznej priečky, “ soľný mostík » – zakrivená sklenená trubica naplnená nasýteným roztokom KCl (obr. 95). V tomto prípade sa elektródy navzájom nedotýkajú, každá z nich je v samostatnej nádobe, ktoré sú spojené pomocou soľného mostíka.
Ryža. 95. Schéma medeno-zinkového prvku so soľným mostíkom: 1 – zinkový plech; 2 – medený plech; 3 – soľný mostík
V tomto prípade dochádza na zinkovej elektróde k oxidačnému procesu:
Zn 0 – 2ē = Zn 2+,
v dôsledku čoho prechádzajú ióny zinku z platne do roztoku. Nadbytočné elektróny prechádzajú cez kovový vodič zo zinkovej platne na medenú platňu a redukujú ióny Cu 2+ obsiahnuté v roztoku
Cu 2+ + 2ē = Cu 0,
ktoré sa usadzujú na platni vo forme neutrálnych atómov. Zvyšné voľné síranové ióny medenej elektródy a prebytočné ióny Zn2+ zinkovej elektródy sa pohybujú k sebe cez poréznu prepážku alebo soľný mostík. V obvode sa tak prenášajú elektrické náboje a vzniká elektrický prúd.
V tomto prvku sa elektrická energia získava v dôsledku chemickej reakcie.
Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4
Hlavnou charakteristikou galvanického článku je elektromotorická sila (emf) , od ktorej závisí sila prúdu v obvode. Rovná sa rozdielu potenciálu elektródy
e.m.f. = E 2 – E 1
kde E1 a E2 sú potenciál anódy a katódy.
Pre Jacobi-Daniel galvanický článok je elektromotorická sila
e.m.f. = E Cu – E Zn
Čím vyššia je hodnota emf. prvok, tým väčší je prúd v jeho obvode.
Podľa Nernstovej rovnice sa potenciál medených a zinkových elektród vypočítava pomocou vzorcov:
E Cu = E Cuo +
EZn = EZn°+
Odčítaním druhej rovnice od prvej dostaneme výraz pre výpočet emf. meď-zinkový galvanický článok
e.m.f. = E Cu 0 – E Zn 0 + =
E Cu 0 – E Zn 0 +
Pre akýkoľvek iný prvok zložený z dvoch kovových elektród, ktorého činnosť je založená na chemickej reakcii, možno elektromotorickú silu vypočítať pomocou vzorca:
e.m.f. = E 2 0 – E 1 0 +
kde E20 a E10 sú štandardné elektródové potenciály katódy a anódy; n 2 a n 1 - hodnoty nábojov iónov zúčastňujúcich sa polovičných reakcií, ktoré sa vyskytujú na katóde a anóde; a 2 a a 1 – aktivity kovových iónov v roztokoch na katóde a anóde).
Pre teplotu 298 K, pri dosadení hodnôt konštánt R a F a pri prechode z prirodzeného logaritmu na desiatkový, bude naša rovnica napísaná inak:
e.m.f. = E20 – E10 + 0,059
Galvanické články môžu byť označené vo forme diagramu. Vľavo je zvyčajne elektróda alebo poločlánok s nižším elektródovým potenciálom (anóda) a vpravo - s vyšším elektródovým potenciálom (katóda).
Pri zaznamenávaní elektród najprv uveďte pevnú fázu (napríklad kov v prípade kovovej alebo redoxnej elektródy) a potom - látky rozpustené v kvapalnej fáze. Fázy sú od seba oddelené jednou zvislou čiarou. Ak jedna fáza obsahuje niekoľko komponentov, píšu sa oddelené čiarkami.
Rozhranie medzi roztokmi dvoch elektród je znázornené bodkovanou zvislou čiarou alebo dvoma plnými čiarami ½½ (ak sú roztoky navzájom oddelené soľným mostíkom).
V súlade s vyššie uvedenými pravidlami vyzerá obvod Jacobi-Danielových prvkov takto:
Zn ½ ZnSO 4 ½ ½ CuSO 4 ½ Cu
Galvanický článok môže byť tiež zložený z dvoch redoxných elektród s rôznymi hodnotami redoxného potenciálu. Takéto prvky sa inak nazývajú redoxné galvanické články. Patria aj k chemickým galvanickým článkom, pretože Ich pôsobenie je založené na chemickej reakcii.
Galvanický článok, v ktorom zdrojom energie nie je chemická reakcia, ale práca na vyrovnávaní koncentrácií (aktivít) iónov, sa nazýva koncentračný článok. . Môže pozostávať z dvoch rovnakých kovových elektród ponorených do roztokov tej istej soli, ale s rôznymi koncentráciami (aktivitou) kovových iónov (obr. 96), napr.
Zn ½ ZnSO 4 ½½ ZnSO 4 ½ Zn alebo Ag ½ AgNO 3 ½½ AgNO 3 ½ Ag
Ryža. 96. Reťazec koncentrácie zinku: M – soľný mostík s obsahom chloridu draselného
Elektróda umiestnená v zriedenejšom roztoku sa rozpúšťa, jej ióny prechádzajú do roztoku:
Cu – 2ē ® Cu 2+
Ag – ē ® Ag +
Samotná elektróda sa nabije záporne.
Naopak, kovové ióny sa ukladajú na elektródu ponorenú do koncentrovanejšieho roztoku a tá sa nabije kladne. Na oboch elektródach teda prebiehajú procesy vedúce k vyrovnaniu koncentrácie kovových iónov v roztokoch.
Potenciály elektród sú rovnaké:
Ei = E°+; E2 = Eo+
Odčítaním prvej rovnice od druhej dostaneme vzorec na výpočet emf. z koncentračného prvku:
e.m.f. = E 2 – E 1 =
Koncentračný prvok bude fungovať, kým nebudú aktivity kovových iónov v oboch roztokoch rovnaké; keď a 1 = a 2 jeho emf. sa bude rovnať 0.
Vznik e. d.s. v galvanickom článku. Najjednoduchší meď-zinkový galvanický článok Volta (obr. 156) pozostáva z dvoch dosiek (elektród): zinku 2 (katóda) a medi 1 (anóda), ponorených do elektrolytu 3, čo je vodný roztok kyseliny sírovej H 2 S0 4 . Keď sa kyselina sírová rozpustí vo vode, nastáva proces elektrolytickej disociácie, t.j. niektoré molekuly kyseliny sa rozpadajú na kladné vodíkové ióny H2+ a záporné ióny zvyšku kyseliny S04-. Súčasne sa zinková elektróda rozpustí v kyseline sírovej. Keď sa táto elektróda rozpustí, kladné ióny zinku Zn+ prechádzajú do roztoku a spájajú sa so zápornými iónmi SO 4 - kyslý zvyšok, tvoriaci neutrálne molekuly síranu zinočnatého ZnS04. V tomto prípade sa zvyšné voľné elektróny nahromadia na zinkovej elektróde, v dôsledku čoho táto elektróda získa záporný náboj. V elektrolyte sa vytvára kladný náboj v dôsledku neutralizácie niektorých záporných iónov S0 4. V hraničnej vrstve medzi zinkovou elektródou a elektrolytom teda vzniká určitý potenciálový rozdiel a vzniká elektrické pole, ktoré bráni ďalšiemu prechodu kladných iónov zinku do elektrolytu; v tomto prípade sa rozpúšťanie zinkovej elektródy zastaví. Medená elektróda sa v elektrolyte prakticky nerozpúšťa a nadobúda rovnaký kladný potenciál ako elektrolyt. Potenciálny rozdiel medi? Cu a zinok? Zn elektród s otvoreným vonkajším okruhom je napr. d.s. E uvažovaného galvanického článku.
Emf vytvorené galvanickým článkom závisí od chemických vlastností elektrolytu a kovov, z ktorých sú elektródy vyrobené. Zvyčajne sa vyberajú také kombinácie kovov a elektrolytu, pri ktorých napr. d.s. najväčší, ale takmer vo všetkých použitých prvkoch nepresahuje 1,1 -1,5 V.
Keď sa na elektródy galvanického článku (pozri obr. 156) pripojí akýkoľvek prijímač elektrickej energie, vonkajším obvodom začne pretekať prúd I od medenej elektródy (kladný pól prvku) k zinkovej elektróde (záporný pól) . V elektrolyte v tomto čase začne pohyb kladných iónov zinku Zn + a vodíka H 2 + zo zinkovej platne na medené a záporné ióny zvyšku kyseliny S0 4 - z medenej platne na zinkovú platňu. V dôsledku toho sa naruší rovnováha elektrických nábojov medzi elektródami a elektrolytom, v dôsledku čoho začnú do elektrolytu z katódy opäť prúdiť kladné ióny zinku, pričom na tejto elektróde sa bude udržiavať záporný náboj; Nové kladné ióny sa uložia na medenú elektródu. Teda medzi anódou a katódou bude vždy existovať potenciálny rozdiel potrebný na prechod prúdu cez elektrický obvod.
Polarizácia. Uvažovaný galvanický článok Volta nemôže dlhodobo fungovať kvôli škodlivému javu polarizácie, ktorý sa v ňom vyskytuje. Podstata tohto javu je nasledovná. Kladné vodíkové ióny H2+ smerované na medenú elektródu 1 interagujú s voľnými elektrónmi na nej prítomnými a menia sa na neutrálne atómy vodíka. Tieto atómy pokrývajú povrch medenej elektródy súvislou vrstvou 4, ktorá zhoršuje výkon galvanického článku z dvoch dôvodov. Po prvé, dochádza k dodatočnej emisii medzi vrstvou vodíka a elektrolytom. d.s. (emf polarizácie) namierený proti hlavnému emf. d.s. prvok, preto jeho výsledná e. d.s. E klesá. Po druhé, vrstva vodíka oddeľuje medenú elektródu od elektrolytu a bráni novým kladným iónom, aby sa k nej priblížili. V tomto prípade sa vnútorný odpor galvanického článku prudko zvyšuje.
Na boj proti polarizácii vo všetkých galvanických článkoch sú okolo kladnej elektródy umiestnené špeciálne látky - depolarizátory, ktoré ľahko chemicky reagujú s vodíkom. Absorbujú vodíkové ióny blížiace sa ku kladnej elektróde, čím bránia ich ukladaniu na túto elektródu.
Priemysel vyrába galvanické články rôznych typov (s rôznymi elektródami a elektrolytmi), ktoré majú rôzne konštrukcie. Najbežnejšie sú uhlíkovo-zinkové články, v ktorých sú uhlíkové a zinkové elektródy ponorené do vodného roztoku chloridu amónneho (amoniaku) alebo kuchynskej soli a ako depolarizátor sa používa peroxid mangánu.
Suché prvky. Typ galvanického článku je suchý článok (obr. 157), používaný v batériách vreckových bateriek, rádií a pod. V tomto článku je tekutý elektrolyt nahradený hmotou podobnou cesto, ktorá pozostáva z roztoku čpavku zmiešaného s pilinami a škrob, a zinková elektróda je vyrobená vo forme valcového boxu používaného ako nádoba, v ktorej sú umiestnené elektrolytická a uhlíková elektróda. Na odstránenie plynov vznikajúcich pri prevádzke prvku je v ňom umiestnená trubica na výstup plynu.
Kapacita. Schopnosť chemických zdrojov prúdu dodávať elektrickú energiu je charakterizovaná ich kapacitou. Kapacita sa vzťahuje na množstvo elektriny uloženej v galvanických článkoch alebo batériách. Kapacita sa meria v ampérhodinách. Menovitá kapacita zdroja chemického prúdu sa rovná súčinu menovitého (vypočítaného) výbojového prúdu (v ampéroch) daného chemickým zdrojom prúdu, keď je k nemu pripojená záťaž, a času (v hodinách) do jeho e. d.s. nedosiahne minimálnu prijateľnú hodnotu. Pri dlhodobej prevádzke sa množstvo elektriny, ktorú dokáže galvanický článok vyrobiť, znižuje, keďže sa postupne spotrebúvajú v ňom prítomné aktívne chemické látky, ktoré zabezpečujú výskyt elektriny. d.s; súčasne klesá e. d.s. prvku a jeho kapacita a jeho vnútorný odpor sa zvyšuje.
Galvanický článok má nominálnu kapacitu iba vtedy, ak od jeho výroby uplynul relatívne krátky čas. Kapacita galvanického článku sa postupne znižuje, aj keď nevyrába elektrickú energiu (po 10-12 mesiacoch skladovania sa kapacita suchých článkov zníži o 20-30%). Vysvetľuje to skutočnosť, že chemické reakcie v takýchto prvkoch prebiehajú nepretržite a aktívne chemické látky v nich uložené sa neustále spotrebúvajú.
Zníženie kapacity chemických zdrojov prúdu v priebehu času sa nazýva samovybíjanie. Kapacita galvanického článku klesá aj pri jeho vybíjaní vysokým prúdom.
Galvanický článok meď – zinok – kyselina sírová
Do pohára nalial zriedenú kyselinu sírovú a vložil do nej tanier z pozinkovaného plechu. Začal sa vývoj vodíka. Krokodílom som na tanier pripevnil drôt, spojený ďalším krokodílom so sploštenou medenou rúrkou. Spustil som meď do pohára so zinkom a kyselinou - začalo sa uvoľňovanie vodíka z povrchu medi.
Získali sme galvanický článok: zinok sa rozpúšťa, elektróny prechádzajú drôtom do medi a vodíkové ióny sa vybíjajú (redukujú) na povrch medi. V ideálnom prípade by sa po ponorení medi do kyseliny mal vývoj vodíka na povrchu zinku zastaviť, no v skutočnosti sa vodík uvoľnil na medi aj zinku.
Ak odstránite zinkovú platňu z kyseliny, ale ponecháte medenú platňu, vývoj vodíka z povrchu medi sa zastaví: meď nevytláča vodík z kyseliny sírovej.
Elektródy testera som pripojil medzi dosky - napätie sa ukázalo ako 0,8-0,9 V. Ak z roztoku vyberiete jednu z dosiek (meď alebo zinok), napätie klesne na nulu (v systéme nie je elektrický prúd ). To isté sa stane, ak meď a zinok v roztoku prídu do kontaktu: elektróny budú prechádzať zo zinku na meď priamo - obchádzajúc drôt a tester.
Ako môžeme zvýšiť napätie nášho galvanického článku? Odpoveď dostaneme, ak vezmeme do úvahy rovnice prebiehajúcich procesov:
Zn 0 => Zn 2+ + 2e -
2H++ 2e- = H20
Elektromotorická sila (EMF) galvanického článku sa rovná potenciálnemu rozdielu medzi elektródami, v našom prípade „vodíkom“ a zinkom:
EMF = E(2H+/H2) - E(Zn2+/Zn)
Čím väčší je potenciál vodíkovej elektródy a čím menší je potenciál zinkovej elektródy, tým väčšie je EMF galvanického článku. V oboch prípadoch sa potenciál elektródy - vodíka alebo zinku - zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou vodíka alebo katiónov zinku v roztoku, resp.
Existujú dva spôsoby: zníženie koncentrácie iónov zinku alebo zvýšenie koncentrácie iónov vodíka.
V počiatočnom momente je koncentrácia katiónov zinku prakticky nulová (nie je kde znížiť), ale môžete zvýšiť koncentráciu katiónov vodíka pridaním väčšieho množstva kyseliny sírovej do skla. Potenciál vodíkovej elektródy sa zvýši, čo spôsobí zvýšenie potenciálneho rozdielu.
A hneď významné objasnenie: pri prevádzke galvanického článku sa koncentrácia vodíkových iónov v roztoku zníži a zinkové ióny sa zvýšia (zinok prechádza do roztoku a vodíkové ióny sa redukujú na H2). Záver: EMF nášho galvanického článku časom klesne.
Ďalšou možnosťou je nahradiť zinok akýmkoľvek kovom, ktorý je v sérii elektrochemického napätia naľavo od zinku (t. j. kovom, ktorý je aktívnejší ako zinok). Potenciál elektródy s takýmto kovom je pozitívnejší (ostatné veci sú rovnaké). Napríklad namiesto zinku môžete užívať horčík.
Čo sa však zmení, ak namiesto medi vezmeme iný, menej aktívny kov (ktorý je v napäťovej rade vpravo od medi), napríklad striebro, platinu atď.? Zvýši sa potenciál galvanického článku? Nie, pretože nemáme do činenia s galvanickým článkom so zinkovými a medenými elektródami (aka Danielov článok):
A s galvanickým článkom so zinkom a vodík elektródy.
Zn | ZnSO 4 || H2SO4 | H2.
Zn 0 => Zn 2+ + 2e -
2H++ 2e- = H20
Je ľahké vidieť, že materiál elektródy, na ktorú sa uvoľňuje vodík, nie je zahrnutý v rovniciach, a preto nezáleží.
__________________________________________________
Pojem „vodíková elektróda“ je uvedený v úvodzovkách, pretože v štandardnej vodíkovej elektróde nie je doska medená, ale platina - to výrazne ovplyvňuje jej činnosť.
Presne povedané, na materiáli elektródy, na ktorej sa uvoľňuje vodík, záleží (ako aj na ňom). - V opačnom prípade by nebolo potrebné použiť platinu pre štandardnú vodíkovú elektródu. Ale nekomplikujme prezentáciu.
