Поняття про гальванічний елемент-як хімічне джерело електричного струму

Поняття про гальванічний елемент – як хімічне джерело електричного струму

Схема гальванічного елемента Деніела Англійський хімік Фредерік Деніел (1790—1845) спробував «роз’єднати» обидва процеси — окиснення й відновлення. Він налив в одну посудину розчин цинк сульфату, занурив у нього цинкову пластинку, а іншу посудину заповнив розчином купрум(ІІ) сульфату і помістив у нього мідну пластинку. Потім учений з’єднав пластинки дротиною, до якої приєднав гальванометр, а в обидва розчини помістив зігнуту трубку («електролітний місток»), заповнену драглеподібною сумішшю, яка містила розчин електроліту — солі лужного елементу

Схема гальванічного елемента Деніела (гальванометр замінено на електролампочку)Маса мідної пластинки зростала внаслідок перетворення йонів Сu2+, які були в розчині купрум(ІІ) сульфату, на атоми міді, які осаджувалися на пластинці. Гальванометр зафіксував появу в дротині електричного струму: електрони від цинку рухалися до міді. Цинк «розчинявся» в розчині цинк сульфату; атоми металу перетворювалися на катіони Zn2+. Під час роботи гальванічного елемента в розчині солі Cu. SO4 зменшується кількість катіонів Сu2+, а в розчині солі Zn. SO4 збільшується кількість катіонів Zn2+. Цей місток підтримує електронейтральність розчинів, постачаючи катіони Na+ в розчин Cu. SO4 і аніони SO2-4 в розчин Zn. SO4 Електролітний місток не лише забезпечує електричний контакт між двома розчинами.

Схема гальванічного елемента Деніела

Гальванічний елемент. Гальванічний елемент Деніела виробляв постійний електричний струм; на цинковій пластинці (аноді) був негативний електричний заряд, а на мідній (катоді) — позитивний заряд. Описаний пристрій отримав назву гальванічного елемента. Від прізвища італійського вченого Л. Гальвані (1737—1798), який вивчав процеси в живих організмах, пов’язані з електрикою. У ньому енергія хімічного перетворення (екзотермічної окисно-відновної реакції) перетворювалася на електричну енергію. Пристрої, які виробляють електричний струм унаслідок перебігу в них окисно-відновних реакцій, називають хімічними джерелами струму.

Сучасний варіант гальванічного елемента Лекланше. Зрозуміло, що використовувати елемент Деніела на практиці незручно. У XIX ст. було винайдено так звані сухі гальванічні елементи. Вони містять не розчини, а пастоподібні (вологі) суміші речовин. Найпоширенішим серед гальванічних елементів цього типу є манган-цинковий елемент, вперше виготовлений французьким інженером Жоржем Лекланше у 1865 р. Його корпус зроблений із цинку, який виконує роль анода (це — негативний полюс джерела струму). Усередині міститься волога паста з манган(ІV) оксиду Мn. О2, цинк хлориду Zn. Cl2, амоній хлориду NH4 Cl і графітового порошку. В пасту занурений графітовий стержень, що є катодом (на ньому — позитивний полюс). Гальванічний елемент герметизовано смолою.

Під час роботи цього хімічного джерела струму відбуваються такі процеси. Цинк окиснюється: Zn - 2e- → Zn2+унаслідок чого корпус гальванічного елемента ізсередини поступово руйнується. На графіті відновлюється Манган за спрощеною схемою. Mn 4+ + 1e = Mn3+Якщо послідовно з’єднати кілька таких елементів (катод першого елемента — з анодом другого, катод другого — з анодом третього і т. д.), то утвориться батарея. Напруга на її полюсах дорівнюватиме сумі напруг гальванічних елементів. На полюсах елемента Лекланше створюється напруга в 1,5 В. Сучасний варіант гальванічного елемента Лекланше

компактні хімічні джерела струму з тривалим періодом роботи Більшість із них мають цинкові аноди. У цинк-срібному гальванічному елементі , крім цинку, містяться аргентум(І) оксид Ag2 O і калій гідроксид. В останні десятиліття значного попиту набули компактні хімічні джерела струму з тривалим періодом роботи. Під час його роботи відбувається окисно-відновна реакція. Zn + Ag2 O + 2 КОН + Н2 О = K2[Zn(OH)4] + 2 Ag. Батарейка для годинника Батарейку можна використати лише один раз.

АккумуляториІснують хімічні джерела струму, які періодично заряджають від електричної мережі й використовують знову. Це акумулятори. Вони є в мобільних телефонах, ноутбуках, фотоапаратах, автомобілях. Найпоширенішими є свинцеві, або кислотні, акумулятори . Їх робота ґрунтується на оборотній реакціїPb. O2 + Pb + 2 H2 SO4 2 Pb. SO4 + 2 H2 Oрозряджаннязаряджання

Аккумулятори

Проблема утилізаціїВ багатьох країнах, у тому числі в Україні, використані батарейки збирають; контейнери для них розміщують у супермаркетах, закладах освіти . У зв’язку з інтенсивним застосуванням хімічних джерел струму набула актуальності проблема їх утилізації. На спеціалізованих підприємствах із батарейок вилучають цинк, деякі сполуки.

Проблема утилізації

Проблема утилізації

Небезпечні елементи у складі батарейок

Здай одну батарейку - врятуй

ВИСНОВКИПристрої, які виробляють електричний струм завдяки перебігу в них окисно-відновних реакцій, називають хімічними джерелами струму. До них 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.

Домашнє завдання Читати параграф 13