Przeczytaj

bg‑azure

Ogniwa galwaniczne

Układ utworzony przez połączenie dwóch półogniwpółogniwopółogniw, za pomocą klucza elektrolitycznegoklucz elektrolitycznyklucza elektrolitycznego i przewodnika metalicznego (przewodu), nosi nazwę ogniwa galwanicznego. Przewód odgrywa rolę przekaźnika elektronów. Klucz elektrolityczny umożliwia przepływ jonów pomiędzy roztworami elektrolitów i pozwala na wyrównanie ładunku. Zamknięcie obwodu, np. amperomierzemamperomierzamperomierzem lub woltomierzemwoltametrwoltomierzem powoduje, że ich wskazówka wychyla się, co oznacza, że w układzie płynie prąd.

Ogniwo jest źródłem prądu, powstającego na skutek samorzutnego przebiegu reakcji utleniania‑redukcjireakcje utleniania‑redukcjireakcji utleniania‑redukcji.

W ogniwie są dwie elektrody:

na jednej następuje wydzielanie metalu, czyli zachodzi redukcja – jest to katoda:

M {e_{I}}^{z +} + z e^{-} \to M e_{I}

na drugiej jony metalu przechodzą do roztworu, czyli zachodzi utlenianie – jest to anoda:

M e_{II} \to M {e_{II}}^{z +} + z e^{-}

Elektroda o niższej wartości potencjału jest anodą, a wyższej – katodą. Katoda ma znak dodatni, a anoda ujemny. Elektrony ( $e^{-}$ ) płyną od anody do katody. Umownie przyjęto, że prąd elektryczny przepływa w kierunku odwrotnym:

{(-) M e_{II} | M e_{II}^{z +} | | M e_{I}^{z +} | M e_{I}}_{\overset{prąd}{\leftarrow}}^{\overset{e^{-}}{\to}} (+)

Schematyczny zapis ogniwa, zgodnie z konwencją sztokholmską:

(-) anoda | elektrolit | | elektrolit | katoda (+)

gdzie:

$| |$ – oznacza klucz elektrolityczny;
$|$ – oznacza powierzchnię styku między przewodnikiem jonowym elektrolitem a przewodnikiem elektronowym (katodą, anodą).

Sumaryczną reakcję, zachodzącą w ogniwie, można zapisać równaniem:

M {e_{I}}^{z +} + M e_{II} \to M e_{I} + M {e_{II}}^{z +}

Siła elektromotoryczna (SEM) powstałego ogniwa jest równa różnicy potencjałów elektrod (od potencjału katody odejmuje się potencjał anody) w ogniwie niepracującym:

SEM = E_{K} - E_{A}

SEM = E_{I} - E_{II}

SEM = ({E_{I}}^{0} - {E_{II}}^{0}) - \frac{2,303 R T}{z F} \log \frac{[M {e_{II}}^{z +}]}{[M {e_{I}}^{z +}]}

gdzie:

$E^{0}$ – potencjał standardowy elektrody;
$R$ – uniwersalna stała gazowa $[\frac{hPa \cdot {dm}^{3}}{mol \cdot K}]$ lub $[\frac{J}{mol \cdot K}]$ ;
$T$ – temperatura [ $K$ ];
$z$ – liczba elektronów biorących udział w reakcji elektrodowej;
F – stała Faradaya ( $96 500 \frac{C}{mol}$ ).

Poniżej przedstawiono schematyczną budowę ogniwa metalicznego:

R9ORpzpCTABCx1

Schemat budowy ogniwa metalicznego. W dwóch szklanych naczyniach ustawionych obok siebie znajduje się roztwór. W naczyniu po lewej stronie w roztworze zanurzona jest elektroda ujemna – anoda (minus), po prawej stronie elektroda dodatnia – katoda (plus). Pomiędzy elektrodami płynie prąd. Roztwory połączone są ze sobą za pomocą rurki w kształcie litery V. opisano 1. Utlenianie atomy metalu

M e_{II}

oddają elektrony i utleniają się do kationów tego metalu

M {e_{II}}^{z +}

M e_{II} \to M {e_{II}}^{z +} + z e^{-}

, 2. redukcja kationy metalu

M {e_{I}}^{z +}

przyjmują elektrony i redukują się do metalu

M e_{I}

M {e_{I}}^{z +} + z e^{-} \to M e_{I}

Schemat budowy ogniwa metalicznego

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

amperomierz

miernik natężenia prądu elektrycznego wywzorcowany w amperach ( $A$ )

elektrolit

(gr. ḗlektron „bursztyn”, lytós „rozpuszczalny”) przewodnik elektryczny jonowy (zwany też przewodnikiem drugiego rodzaju), w którym poruszające się jony przenoszą ładunki elektryczne i przewodzenie prądu zawsze jest związane z transportem masy

półogniwo

(elektroda – gr. ḗlektron „bursztyn”, hodós „droga”) układ złożony z przewodnika elektronowego (metal, półprzewodnik), stykającego się z przewodnikiem jonowym (najczęściej ciekły elektrolit), w którym może przebiegać reakcja elektrodowa utleniania–redukcji

reakcje utleniania‑redukcji

reakcja oksydacyjno–redukcyjna, reakcja utleniania–redukcji, reakcja redox, reakcja, w której dochodzi do przeniesienia jednego lub więcej elektronów od atomu, jonu lub cząsteczki donora (czyli reduktora) do akceptora (czyli utleniacza)

klucz elektrolityczny

mostek solny, urządzenie łączące elektrolity w naczyniu elektrolitycznym, którego głównym zadaniem jest zmniejszenie potencjału dyfuzyjnego między tymi elektrolitami i zapobieżenie ich mieszaniu się

woltametr

kulombometr, kulometr, przyrząd do pomiaru ładunku elektrycznego

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa $2010$ .

Jones L., Atkins P., Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, tłum. J. Kuryłowicz, Warszawa $2012$ .

Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia: Liceum – poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa – Bielsko–Biała $2010$ .

Wprowadzenie

Animacja

Ogniwa galwaniczne

Słownik

Bibliografia