Για να συντάξουμε ένα διάγραμμα ενός γαλβανικού στοιχείου, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε την αρχή της δράσης του, τα δομικά χαρακτηριστικά του.
Οι καταναλωτές σπάνια δίνουν σημασία στις μπαταρίες και τις μπαταρίες, ενώ αυτές οι πηγές ενέργειας έχουν τη μεγαλύτερη ζήτηση.
Χημικές πηγές ρεύματος
Τι είναι ένα γαλβανικό στοιχείο; Το κύκλωμά του βασίζεται σε έναν ηλεκτρολύτη. Η συσκευή περιλαμβάνει ένα μικρό δοχείο όπου βρίσκεται ο ηλεκτρολύτης, που προσροφάται από το διαχωριστικό υλικό. Επιπλέον, το σχήμα δύο γαλβανικών κυψελών προϋποθέτει την παρουσία μιας καθόδου και μιας ανόδου. Πώς ονομάζεται ένα τέτοιο γαλβανικό στοιχείο; Το σχήμα που συνδέει δύο μέταλλα μαζί προτείνει μια αντίδραση οξειδοαναγωγής.
Το απλούστερο γαλβανικό στοιχείο
Υποδηλώνει την παρουσία δύο πλακών ή ράβδων από διαφορετικά μέταλλα, τα οποία είναι βυθισμένα σε ένα ισχυρό διάλυμα ηλεκτρολύτη. Κατά τη λειτουργία αυτού του γαλβανικού στοιχείου, πραγματοποιείται μια διαδικασία οξείδωσης στην άνοδο, που σχετίζεται με την επιστροφή ηλεκτρονίων.
Στην κάθοδο - ανάκτηση, συνοδευόμενη απόαποδοχή αρνητικών σωματιδίων. Υπάρχει μια μεταφορά ηλεκτρονίων μέσω του εξωτερικού κυκλώματος στο οξειδωτικό από τον αναγωγικό παράγοντα.
Ένα παράδειγμα γαλβανικού στοιχείου
Για να φτιάξουμε ηλεκτρονικά κυκλώματα γαλβανικών στοιχείων, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε την τιμή του τυπικού δυναμικού ηλεκτροδίου τους. Ας αναλύσουμε μια παραλλαγή ενός γαλβανικού στοιχείου χαλκού-ψευδάργυρου που λειτουργεί με βάση την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την αλληλεπίδραση του θειικού χαλκού με τον ψευδάργυρο.
Αυτό το γαλβανικό στοιχείο, το σχήμα του οποίου θα δοθεί παρακάτω, ονομάζεται κύτταρο Jacobi-Daniel. Περιλαμβάνει μια πλάκα χαλκού, η οποία είναι βυθισμένη σε διάλυμα θειικού χαλκού (ηλεκτρόδιο χαλκού), και αποτελείται επίσης από μια πλάκα ψευδαργύρου, η οποία βρίσκεται σε διάλυμα του θειικού της (ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου). Τα διαλύματα βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους, αλλά για να αποφευχθεί η ανάμειξή τους, το στοιχείο χρησιμοποιεί ένα χώρισμα από πορώδες υλικό.
Αρχή λειτουργίας
Πώς λειτουργεί ένα γαλβανικό στοιχείο, του οποίου το κύκλωμα είναι Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu; Κατά τη λειτουργία του, όταν το ηλεκτρικό κύκλωμα είναι κλειστό, συμβαίνει η διαδικασία οξείδωσης του μεταλλικού ψευδαργύρου.
Στην επιφάνεια επαφής του με διάλυμα άλατος, παρατηρείται ο μετασχηματισμός των ατόμων σε κατιόντα Zn2+. Η διαδικασία συνοδεύεται από την απελευθέρωση «ελεύθερων» ηλεκτρονίων, τα οποία κινούνται κατά μήκος του εξωτερικού κυκλώματος.
Η αντίδραση που λαμβάνει χώρα στο ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:
Zn=Zn2+ + 2e-
ΑνάκτησηΤα μεταλλικά κατιόντα εκτελούνται σε ένα ηλεκτρόδιο χαλκού. Τα αρνητικά σωματίδια που εισέρχονται εδώ από το ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου συνδυάζονται με κατιόντα χαλκού, εναποθέτοντάς τα με τη μορφή μετάλλου. Αυτή η διαδικασία είναι η εξής:
Cu2+ + 2e-=Cu
Αν προσθέσουμε τις δύο αντιδράσεις που συζητήθηκαν παραπάνω, θα έχουμε μια συνολική εξίσωση που περιγράφει τη λειτουργία ενός γαλβανικού στοιχείου ψευδαργύρου-χαλκού.
Το ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου δρα ως άνοδος, ο χαλκός ως κάθοδος. Οι σύγχρονες γαλβανικές κυψέλες και μπαταρίες απαιτούν τη χρήση ενός διαλύματος ηλεκτρολύτη, το οποίο διευρύνει το πεδίο εφαρμογής τους, καθιστά τη λειτουργία τους πιο άνετη και βολική.
Ποικιλίες γαλβανικών στοιχείων
Τα πιο κοινά είναι στοιχεία άνθρακα-ψευδαργύρου. Χρησιμοποιούν έναν συλλέκτη παθητικού ρεύματος άνθρακα σε επαφή με την άνοδο, που είναι το οξείδιο του μαγγανίου (4). Ο ηλεκτρολύτης είναι χλωριούχο αμμώνιο, που εφαρμόζεται ως πάστα.
Δεν εξαπλώνεται, επομένως το ίδιο το γαλβανικό στοιχείο ονομάζεται ξηρό. Χαρακτηριστικό του είναι η δυνατότητα «ανάκαμψης» κατά τη λειτουργία, η οποία έχει θετική επίδραση στη διάρκεια της περιόδου λειτουργίας τους. Τέτοιες γαλβανικές κυψέλες έχουν χαμηλό κόστος, αλλά χαμηλή ισχύ. Όταν η θερμοκρασία πέφτει, μειώνουν την απόδοσή τους και όταν αυξάνεται, ο ηλεκτρολύτης σταδιακά στεγνώνει.
Τα αλκαλικά στοιχεία περιλαμβάνουν τη χρήση αλκαλικού διαλύματος, επομένως έχουν αρκετάεφαρμογές.
Στις κυψέλες λιθίου, ένα ενεργό μέταλλο λειτουργεί ως άνοδος, το οποίο έχει θετική επίδραση στη διάρκεια ζωής. Το λίθιο έχει αρνητικό δυναμικό ηλεκτροδίου, επομένως, με μικρές διαστάσεις, τέτοια στοιχεία έχουν μέγιστη ονομαστική τάση. Μεταξύ των μειονεκτημάτων τέτοιων συστημάτων είναι η υψηλή τιμή. Το άνοιγμα πηγών ενέργειας λιθίου είναι εκρηκτικό.
Συμπέρασμα
Η αρχή λειτουργίας οποιουδήποτε γαλβανικού στοιχείου βασίζεται σε διεργασίες οξειδοαναγωγής που συμβαίνουν στην κάθοδο και την άνοδο. Ανάλογα με το μέταλλο που χρησιμοποιείται, αλλάζει το επιλεγμένο διάλυμα ηλεκτρολύτη, η διάρκεια ζωής του στοιχείου, καθώς και η τιμή της ονομαστικής τάσης. Επί του παρόντος, ζητούνται γαλβανικά στοιχεία λιθίου και καδμίου, τα οποία έχουν αρκετά μεγάλη διάρκεια ζωής.
