Загальні вказівки. Гальванічний елемент – це прилад, що служить для перетворення хімічної енергії окисно-відновної реакції на електричну

Гальванічний елемент – це прилад, що служить для перетворення хімічної енергії окисно-відновної реакції на електричну, причому електрони переходять від відновника до окисника не безпосередньо, а по зовнішньому провіднику (рис.4).

Рис. 4	Рис. 5
Схема гальванічного елемента	Схема подвійного електричного шару

Необхідно розуміти, що в основі роботи ГЕ лежать явища, що відбуваються на межі поділу метал – розчин електроліту. Для цього треба знати, що при зануренні металу в розчин на межі метал – розчин утворюється подвійний електричний шар (рис. 5), що призводить до виникнення стрибка потенціалу (електродний потенціал ().

Величину електродного потенціалу визначають за рівнянням Нернста, яке для = 25 ⁰С має вигляд:

,

де - стандартний електродний потенціал;

- число електронів, які віддає метал;

- концентрація іонів металу в розчині.

Величину можна знайти в довідкових таблицях (“ряд стандартних електродних потенціалів”). Положення металу в ньому характеризує його відновну здатність, а також окисні властивості його іонів у водних розчинах. Чим менше значення , тим активніший метал, тим сильніші відновні властивості виявляє він у вигляді простої речовини. Так, метал, який стоїть у ряду попереду, здатний витиснути із сполук метали, які стоять за ним.

При складанні ГЕ треба знати, що більш активний метал завжди є анодом, а менш активний – катодом. При цьому необхідно пам’ятати, що на аноді відбуваються процеси окиснення (віддачі електронів), а на катоді – процеси відновлення (приєднання електронів).

Роботу ГЕ розглянемо на прикладі мідно-цинкового ГЕ (див. рис. 4). На межі поділу фаз виникає різниця потенціалів і встановлюється рівновага:

Потенціал цинкового електрода має більш негативне значення, ніж потенціал мідного, тому при замиканні зовнішнього ланцюга і при з’єднанні цинку з міддю металевим провідником електрони будуть переходити з цинкової пластини на мідну. У результаті цього рівновага на цинковому електроді зміститься праворуч, тому в розчин перейде додаткова кількість іонів цинку, в той же час рівновага на мідному електроді зміститься ліворуч і на ньому відбудеться осідання іонів міді з розчину у вигляді атомів.

Таким чином, цинковий електрод буде анодом, на ньому відбувається процес окиснення цинку, а мідний електрод буде катодом, на ньому відбувається процес відновлення іонів міді:

На внутрішній ділянці ланцюга аніони переміщуються від мідного електрода до цинкового, а катіони і в зворотному напрямку.

Сумарний процес виражається рівнянням

Електрохімічні системи ГЕ зображують у вигляді схем, наприклад,

Ознайомившись з роботою гальванічного елемента, необхідно розрахувати його ЕРС за формулою:

ЕРС = ,

де і - потенціал відповідно катода і анода.