Гальванические элементы. Теория гальванических элементов

Гальвани́ческий элеме́нт — химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока.

Теория гальванических элементов. Концентрационные элементы.

Устройства, которые применяют для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую энергию, называются гальвоническими элементами. Их называют также химическими источниками электрической энергии или химическими источниками тока. В ГЭ идут практически необратимые реакции. Те Гэ, в которых протекают обратимые реакции, называют аккумуляторами.

Действие любого гальванического элемента основано на протекании в нём ОВР. В простейшем случае ГЭ состоит из двух пластин или стержней, изготовленных из различных металлов и погружённых в раствор электролита Эти пластины называются электродами. Такая система делает возможным пространственное разделение ОВР: О протекает на одном металле, а В - на другом. Электрод, на котором происходит окисление, называется анодом, электрод, на котором происходит восстановление - катодом. Т.о., электроны передаются от восстановителя к окислителю по внешней цепи, на электродах идут электрохимические процессы, в растворе наблюдается направленное движение ионов.

Рассмотрим простейший ГЭ, представляющий собой чистую металлическую пластину, опущенную в чистую воду. Молекулы воды полярны. Диполи воды притягиваются отрицательными полюсами к положительным ионам металла и уходят в раствор в виде гидротированных ионов. Пластина заряжается отрицательно, а положительные гидротированные ионы скапливаются на её поверхности. Между пластиной и раствором возникает разность потенциалов, называемая электродным потенциалом. Такой элемент называется Элементом Вольта.

Протекающая в ГЭ ОВР представляет собой сложный процесс. Она включает в себя собственно электрохимические стадии, перенос электронов, перенос ионов. Все эти стадии сопряжены между собой и протекают с одной и той же скоростью; число электронов, которое за единицу времени отдаёт анод, равно количеству принимаемых катодом электронов за это же время. Поэтому скорость реакции, протекающей в ГЭ, пропорциональна силе тока в цепи. Электрический ток в цепи может производить полезную работу. Работа электрического тока выражается произведением количества прошедшего по цепи электричества на напряжение. Максимальное значение напряжения ГЭ, соответствующее обратимому протеканию реакции, назывется ЭДС данного элемента. Если концентрации (активности) веществ, участвующих в реакции, равны единице, т.е. соблюдаются стандартные условия, то ЭДС называется стандартной.

Концентрационные элементы, концентрационные цепи, один из видов гальванических элементов. Различают К. э. двух типов: с переносом ионов и без переноса ионов. К. э. с переносом ионов получают погружением двух одинаковых электродов (например, серебряных) в разделённые полупроницаемой перегородкой растворы одного и того же электролита (например, нитрата серебра) различной концентрации. Электродвижущая сила в таких К. э. возникает в результате непосредственного переноса электролита из более концентрированного раствора в менее концентрированный. В К. э. второго типа выравнивание концентраций электролита происходит в результате химических процессов, происходящих на двух различных электродах. Пример К. э. без переноса ионов — серебряный и платиновый электроды, погруженные в раствор соляной кислоты. При одинаковом соотношении концентраций электролита электродвижущая сила К. э. без переноса ионов в два раза больше, чем у К. э. с переносом. К. э. применяют при измерении коэффициента активности и чисел переноса.