Билет №38. Теория гальванических элементов. Сухие 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.

Сухими ГЭ называются такие ГЭ, электролит в которых находится не в жидком, а в желеобразном состоянии. Сухие ГЭ применяются для питания радиоаппаратур, аппаратуры связи, карманных фонарей. Рассмотрим сухой марганцкво-цинцовый ГЭ. Анодом в элементе служит цинковый электрод, катодом - электрод из смеси диоксида марганца с графитом. Графит служит токоотводом. В качестве электролита берётся паста, состоящая из раствора хлорида аммония с добавлением муки или крахмала (загуститель).