Поняття про гальванічний елемент як хімічне джерело електричного струму

Гальванічний елемент – пристрій , у якому енергія хімічного перетворення (екзотермічної окисно-відновної реакції) перетворюється на електричну енергію.

Електричний струм - впорядкований рух заряджених частинок

​

Для існування електричного струму необхідні наступні умови:

• Наявність вільних електричних зарядів в провіднику;
• Наявність зовнішнього електричного поля для провідника.

З історії відкриття

Італійський фізіолог, професор медицини Болонського університету Л. Гальвані вперше виявив електричний струм, що виникав у разі контакту різних металів. Він провів та описав дослід скорочення м’язів задніх кінцівок жаби, закріплених на мідних гачках, під час дотику до них сталевим скальпелем. �

Перша електрична батарея з'явилася в 1800 році. Її винайшов італійський фізик Алессандро Вольта (1745 - 1827)

​

��

​

��

Він винайшов оригінальний пристрій, що виробляв електричний струм. Це був немов товстий «бутерброд» із металічних пластин (міді і цинку) і тканини, яка заздалегідь була просякнута розчином сульфатної кислоти. До першої та останньої пластинок припаювали дротинки. Якщо ix занурювали у воду, то на поверхні кожної дротинки починалося виділення газу. Це відбувався електроліз води. Отже, крізь воду проходив електричний струм. Винайдене джерело струму було названо гальванічним елементом на честь Луїджі Гальвані.

З історії відкриття

У 1836 році англійський хімік Джон Фредерик Даніель та незалежно від нього німецький і російський фізик-винахідник Б. С. Якобі, запропонували інший елемент, що виробляв електричний струм протягом значно довшого часу.

Джон Фредерик

Даніель

Борис Семенович

Якобі

З історії відкриття

Найпростіший гальванічний елемент Якобі-Даніеля

У гальванічному елементі відбувається�типовий електрохімічний процес, що пояснюється окисно-відновними реакціями: �

• Атоми цинку, утрачаючи електрони, окиснюються й перетворюються на катіони Цинку: Zn – 2ē = Zn²⁺. На цинковому електроді концентруються електрони, тому він набуває негативного заряду. Цинковий електрод називають анодом.
• На поверхні мідної пластини електрони захоплюються катіонами Купруму з розчину, відновлюючи їх до атомів міді, які й осідають на пластині. Відбувається процес відновлення: Сu²⁺ + 2ē = Сu. Мідний електрод унаслідок відновлення набуває позитивного заряду; такий електрод дістав назву катод.
• Сумарне рівняння окисно-відновного перетворення в гальванічному елементі: Cu²⁺ + Zn = Сu + Zn²⁺.

Сухі гальванічні елементи. В їхніх герметичних оболонках містяться не розчини, а пастоподібні (вологі) суміші речовин.

• Найпоширеніший серед гальванічних елементів цього типу – манган-цинковий елемент, який винайшов французький хімік Ж. Лекланше у 1865 році (батарейка). Корпус цього елемента зроблено із цинку; він виконує роль  анода (це – негативний полюс джерела струму). Всередині метиться волога паста з манган (ІV) оксиду (МnО₂), амоній хлориду (NH₄Cl) і графітового порошку. В пасту занурений графітовий стрижень, що виступає катодом (позитивний полюс). Елемент герметизовано смолою або воском. 

Хімічні процеси, що відбуваються під час роботи батарейки:

• Цинк зазнає окиснення: Zn − 2ē = Zn²⁺. Через це корпус елемента із середини поступово руйнується.
• На графітовому катоді відновлюється Манган: Мn⁺⁴ + ē  =Мn⁺³.
• Протікає хімічна реакція:

Zn + 2MnO₂ + 2NH₄Cl = 2MnO(OH) + ZnCl₂ + 2NH₃

• На полюсах елемента створюється напруга в 1,5 В. 

​

Акумулятор — відновлюване джерело струму.

В акумуляторі речовини, що витрачаються під час споживання струму, акумулюються на електродах. Тому його можна повернути в первісний стан, якщо ззовні крізь нього пропустити електричний струм. �

Висновки

• Пристрої, які виробляють електричний струм завдяки перебігу в них окисно-відновних реакцій, називають хімічними джерелами струму.
• До хімічних джерел струму належать гальванічні елементи. Головними їхніми складниками є активний метал, який виступає відновником, і деякі сполуки - окисники.
• Гальванічний елемент є основою батарейки.
• Інший вид хімічного джерела струму — акумулятор. Завдяки перебігу оборотної окисно - відновної реакції його можна багаторазово заряджати.
• Зростаюче використання хімічних джерел струму потребує налагодження сфери їх утилізації.

Електрохімічні реакції

1. Чи правильно зображено процес корозії металів на рисунках 1 і 2?

​

​

​

​

​

​

• Найтонші зліпки та копії виготовляються електролітичним способом, що має назву:

А гальванопластика

Б гальваностегія

В оцинковування

Г нікелювання.

А правильно лише на рис. 1

Б правильно лише на рис. 2

В правильно на обох

Г неправильно на обох

Електрохімічні реакції

3. Проаналізуйте наведену схему гальванічного елемента.

​

​

​

​

​

Укажіть ПОМИЛКОВЕ твердження щодо його роботи.

​

А На цинковому електроді катіони Zn²⁺ відновлюються.

Б На мідному електроді катіони Cu²⁺  відновлюються.

В Маса цинкового електрода поступово зменшується.

Г Маса мідного електрода поступово збільшується.