Введение
Гальванический элемент - это источник тока, в состав которого входят два однотипных металлических электрода, помещенных в смесь солей этого металла в различных концентрациях.
Другими словами, гальванический элемент представляет собой прибор, который преобразует химическую энергию окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию.
Электрод — это система двух токопроводящих тел (проводников первого и второго рода).
К проводникам первого рода относятся металлы, сплавы, оксиды с металлической проводимостью, а также неметаллические материалы. К проводникам второго рода относятся расплавы и растворы электролитов.
Носители заряда — электроны, носители заряда — ионы.
Электроды, на которых идут процессы окисления, называют анодами, а электроды, на которых идут процессы восстановления, называют катодами.
Строение и принцип работы гальванического элемента Якоби-Даниэля
Рисунок 1. Схема гальванического элемента Якоби-Даниэля. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В одном сосуде находится раствор соли цинка с погруженным цинковым электродом, в другом - раствор соли меди с медным электродом. Сосуды соединены между собой стеклянной трубкой (солевым «мостиком»), которая заполнена концентрированным раствором электролита. Она служит ионным проводником, не допускающим смешения растворов. При погружении в раствор электрод приобретает электрический заряд.
Разность потенциалов между электродом и раствором называют электродным потенциалом, величина и знак (+/-) которого зависят от природы материала электрода и раствора, в котором он находится.
Наблюдаемая разность потенциалов обусловлена протекающей ОВР-реакцией между цинком и ионами меди и называется электродвижущей силой.
В полуреакции окисления цинка образуются электроны, которые по внешней цепи поступают на медный электрод, в результате чего с цинкового электрода растворяются ионы цинка, а на медном электроде разряжаются ионы меди, то есть выделяется металлическая медь.
$\mathrm{Zn\longrightarrow Zn^{2+} + 2e}$
$\mathrm{Cu^{2+} + 2e\longrightarrow Cu}$
$\mathrm{Zn + CuSO_4\longrightarrow ZnSO_4 + Cu \downarrow}$
Ток течет от точки с более высоким потенциалом к точке с более низким потенциалом: знак (+) относится к медному электроду, а знак (-) - к цинковому. Измеренная разность потенциалов считается положительной.
Классификация химических источников тока
Химические источники тока подразделяются на гальванические элементы, аккумуляторы и топливные элементы.
Гальванические элементы в свою очередь делятся на химические (преобразуют энергию химического процесса в электрическую), концентрационные (состоят из одинаковых электродов) и элементы без переноса, где раствор электролита является общим для двух электродов.
Аккумуляторы являются вторичными химическими источниками тока, так как электрическая энергия превращается в химическую, а химическая - обратно в электрическую, то есть они накапливают химическую энергию под действием внешнего источника тока, которая потом переходит в электрическую.
Заряд аккумулятора - это процесс накопления химической энергии, разряд аккумулятора - процесс превращения химической энергии в электрическую. При заряде аккумулятор работает как электролизер, при разряде - как гальванический элемент.
Аккумуляторы делятся на солевые, щелочные и литиевые.
Топливный элемент представляет собой гальванический элемент, в котором химическая энергия непрерывно подаваемых взаимодействующих реагентов превращается в электрическую энергию, при этом электроды не расходуются. В топливных элементах используют жидкие или газообразные восстановители и окислители.
Гальваническая коррозия
Данный вид коррозии представляет собой электрохимический процесс, при котором один металл корродирует по сравнению с другим металлом в присутствии электролита.
То есть гальваническая коррозия возникает при условии погружения двух разнородных металлов в проводящий раствор, при этом они должны быть электрически связаны.
Коррозии подвергается анод, то есть менее активный металл, который располагается в ряду активности металлов после водорода.
Предотвращение гальванической коррозии может быть достигнуто следующими способами:
- Разрыв электрического соединения путем изоляции металлов.
- Выбор металлов с одинаковыми потенциалами коррозии.
- Нанесение специальных защитных покрытий на оба металла.
- Добавление ингибитора коррозии во внешнюю среду.
