18.3
Самопроизвольная окислительно-восстановительная реакция генерирует электричество, которое может питать электрические устройства. Но как это работает? Рассмотрим окислительно-восстановительную реакцию между медью и раствором нитрата серебра.
При помещении в один сосуд медь окисляется до ионов одновалентной меди, а ионы серебра восстанавливаются до осадка серебра. Здесь перенос электронов прямой, и не генерирует электрический ток. Однако, когда эти полуреакции физически разделены и соединены через внешнюю цепь, возникает электрический ток.
Эта установка называется электрохимической ячейкой, далее определяемой как гальваническая ячейка или гальванический элемент для самопроизвольной окислительно-восстановительной реакции. Гальванический элемент состоит из двух полуячеек, содержащих реакционные смеси полуячеек твердого металлического электрода в соответствующем растворе электролита. Здесь это медь в водном растворе нитрата меди, и серебро в водном растворе нитрата серебра.
Разделенные исходные вещества испытывают потенциал ячейки, но без внешнего соединения не происходит никакой реакции или потока электронов. После внешнего соединения электроны вынуждены опосредованно течь по внешней цепи, что позволяет реакциям происходить на соответствующих электродах. Традиционно окисление происходит на аноде, несущем отрицательный заряд, а восстановление на катоде, несущем положительный заряд.
Когда происходит перенос электронов, в полуячейке окисления образуются положительные ионы, а в полуячейке восстановления отрицательные ионы. Это вызывает накопление положительного и отрицательного заряда, предотвращая дальнейший поток электронов, и его необходимо постоянно нейтрализовать, чтобы реакция продолжалась. Таким образом, две полуячейки связаны солевым мостиком:перевернутой U-образной трубкой, содержащей пасту или гель инертного электролита, такого как нитрат натрия.
По мере протекания окислительно-восстановительной реакции противоположно заряженные ионы перетекают в соответствующие полуячейки для обеспечения нейтральности заряда без смешивания электролитов. Для описания гальванического элемента используются специальные обозначения или схемы элементов. Окисление представлено слева, а восстановление справа.
Двойная вертикальная линия обозначает солевой мостик, соединяющий две полуячейки, а одиночные вертикальные линии обозначают границы раздела фаз компонентов. Если два или более компонента находятся в одной фазе, они разделяются запятыми.
Спонтанные химические реакции
Спонтанные окислительно-восстановительные реакции происходят обильно в природе. Химическая реакция одноразовой батареи т…
© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.