Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

18.3: Гальванические / гальванические элементы
СОДЕРЖАНИЕ

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.

Education
Voltaic/Galvanic Cells
 
ТРАНСКРИПТ

18.3: Гальванические / гальванические элементы

Спонтанные химические реакции

Спонтанные окислительно-восстановительные реакции происходят обильно в природе. Химическая реакция одноразовой батареи типа AA, питающей наши пульты дистанционного управления, является примером спонтанной окислительно-восстановительных реакций. Другим примером является погружение витой медной проволоки в водный нитрат серебра раствор. Реакция показывает постепенное, визуально впечатляющее изменение цвета с бесцветного на ярко-синий и образование серой осадки на медной проволоке. В этом эксперименте медь подвергается окислению, образуя дикобразы, которые делают раствор синей, в то время как ионы серебра редуцируются, образуя серебряный осадок на проволоке.

Реакция может быть резюмированы следующим образом:

Eq1

Здесь происходит прямая и спонтанная передача электронов от медной проволоки к водным ионам серебра.

Электрохимические клетки и галванские клетки

Предположим, что устройство содержит все реагенты и продукты системы ОВП, но не допускает физического контакта между реагенты. Таким образом, прямая передача электронов предотвращается; вместо этого она происходит косвенно через внешнюю цепь, которая контактирует с разделенным реагенты. Устройства такого типа обычно называются электрохимическими клетками.

Электрохимическая клетка — это инструмент, в котором электрический ток генерируется окислительно-восстановительных реакций без прямого контакта между реакционным атомами. Электрохимические клетки, в которых создается ток вследствие спонтанной окислительно-восстановительных реакций, известны как гальванические или вольтаические клетки (названные в честь Луиджи Галвани и Алессандро Вольта).

Компоненты галванской ячейки

Гальваническая ячейка, основанная на спонтанной реакции между медью и серебром(i), показана на рисунке 1. Типичная гальваническая ячейка состоит из двух полуячеек, каждая из которых содержит пары окислительно-восстановительных сопряжений, или пары, одного реагент. В полуклетке слева находится пара Cu(0)/Cu(II) в виде сплошной медной фольги и водного раствор из нитрата меди. Правая полуячейка содержит пару AG(I)/AG(0) как цельную серебряную фольгу и водный нитрат серебра раствор. Внешний контур подключается к каждой полуячейке на твердой фольге, что означает, что медная и AG фольга работает как электрод. Реакция происходит на стыке между каждой полуклеточной реакционной смесью и соответствующим электродом. Анод является электродом, при котором происходит окисление и он несёт отрицательный заряд, в то время как катод является электродом, при котором происходит снижение, и он несет положительный заряд.

Два полуэлемента соединены солевым мостом, который представляет собой перевернутую U-образную трубку, содержащую гель или пасту инертного электролита, например хлорид калия или нитрат аммония. Соляной мостик помогает сохранять реакционные смеси раздельными, обеспечивая при этом баланс заряда реакции. Спонтанная реакция в этой ячейке приводит к катиям Cu2+ в полуклетке анода и поглощает ионы AG+ в полуклетке катода, что приводит к компенсаторному потоку инертных ионов из соляного моста, который поддерживает баланс заряда. Соляной мост обеспечивает поток инертных ионов, обеспечивая продолжение реакции путем нейтрализации накопления положительных и отрицательных ионов на аноде и катоде. Таким образом, увеличение концентрации Cu2+ в полуклетке анода уравновешивается притоком No3- от солевого моста, а поток Na+ в полуклеточный катод компенсирует снижение концентрации AG+.

Image1

Рисунок 1: Гальваническая ячейка, основанная на спонтанной реакции между ионами меди и серебра(i).

Представление Galvanic Cell с использованием схем ячеек или обозначений ячеек

Гальваническая ячейка представлена символически с помощью схем ячеек или обозначений ячеек.

• на схемах ячеек все интерфейсы между фазами компонентов представлены вертикальными параллельными линиями.
•  если на одной фазе существуют два или более компонентов, они разделяются запятыми.
•  анод представлен слева от схемы, а катод — справа.
•  двойная вертикальная линия обозначает соляной мостик или пористый раздел между двумя полуреакциями.
•  по условному определению, схема начинается с анода и идет слева направо, идентифицируя фазы и интерфейсы, встречающиеся в клетке, заканчивающиеся катодом.

Например, вышеуказанная гальваническая ячейка состоит из твердотельного медного анода, погруженного в водный нитрат меди(II), соединенный через солевой мост с водным нитратом раствор, погруженным в который является твердым серебряным катодом. Преобразование этого утверждения в символизм в соответствии с приведенными выше инструкциями приводит к схематическому изображению клеток:

Eq2

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд.,17.2 Галванских клеток.

Tags

Voltaic Cells Galvanic Cells Redox Reaction Electricity Generation Copper Silver Nitrate Solution Oxidation Reduction Electron Transfer Electrochemical Cell Half-cells Metal Electrode Electrolyte Solution Cell Potential External Circuit Anode Cathode Positive Ions Negative Ions

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter