Из какого металла изготовлены электроды в элементе вольта

Обновлено: 03.05.2024

Потенциал анода увеличивается за счет возрастания в растворе концентрации ионов при окислении анода. Анод поляризуется концентрационно. В то же время поверхность медного катода насыщается водородом, образуется «водородный электрод» и ЭДС элемента падает до минимального значения:

Для уменьшения поляризации используются химические деполяризаторы: вещества, вступающие в реакцию с продуктами, обусловливающими поляризацию. Например, химическая поляризация, вызванная выделением водорода, снижается под действием сильных окислителей (K₂Cr₂O₇, MnO₂, O₂ и др.). Так, в элементе Вольта при добавлении в катодное пространство K₂Cr₂O₇ протекает окислительно-восстановительная реакция

в результате водород окисляется и выводится из сферы электродной реакции, что приводит к увеличению ЭДС.

32. Общие закономерности процессов электролиза; факторы, определяющие характер и скорость электродных реакций.

Простейшая электролизная система состоит из электролизера (электролитическая ванна), электродов (инертных или активных), электролита (раствора или расплава), источника постоянного тока. Электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника тока – катод, к положительному – анод.

1-й закон Фарадея – массы (объемы) веществ, претерпевших изменения на электродах, прямо пропорциональны количеству прошедшего электричества:

где k – коэффициент пропорциональности, при этом k = m, если Q =1 Кл;

2-й закон Фарадея – одинаковые количества электричества преобразуют эквивалентные количества веществ:

где и , – эквивалентные массы и эквивалентные объемы (н.у.) веществ, претерпевших превращения. Следует заметить, что количества веществ, полученных практически, всегда меньше рассчитанных, что численно характеризуется величиной выхода по току (В_Т), при этом В_Т < 1.

Снижение выхода по току обусловлено различными причинами, важнейшими из которых являются поляризация и перенапряжение при прохождении тока. Накопление продуктов электролиза на электродах изменяет их природу и величину электродных потенциалов (химическая поляризация). При этом в электролизере возникает внутренний гальванический элемент, ЭДС которого направлена встречно внешней ЭДС и называется ЭДС поляризации (Е_поляр). Для преодоления поляризации на электроды извне подается избыточное напряжение, называемое перенапряжением ( и ). Численное значение зависит от природы выделяемых на электродах веществ, природы электродов, состояния их поверхности, плотности тока ( i = I / S, A/см 2 ) и других факторов. При этом , отсюда ЭДС разложения электролита будет равна

правила электролиза: , характер и скорость процессов электролиза зависят:

1) от активности частиц в электролите, численно определяемой величиной потенциала. Чем больше значение φ, тем быстрее идет процесс восстановления на катоде; чем меньше φ, тем быстрее идет процесс окисления на аноде;

Вольта элемент

гальванический элемент, у которого электроды — пластинки меди (положительные) и цинка (отрицательные), а электролитом служит раствор поваренной соли или серной кислоты; эдс 1,0 в. В. э. был создан в ходе экспериментов, которые А. Вольта проводил в 1792—94 для исследования электрических явлений, протекающих в цепи из двух разнородных металлов и электролита. В. э. по существу — первый химический источник тока, широко использовавшийся в лабораторной практике в начале 19 в. (см. Вольтов столб, Химические источники тока).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое "Вольта элемент" в других словарях:

ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ — гальванический элемент, у которого положительный электрод медная пластина, отрицательный цинковая, электролит раствор поваренной соли или серной кислоты; ЭДС = 1 В. (См. .) … Большая политехническая энциклопедия

ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ — гальванический элемент, у которого положительный электрод медная пластина, отрицательный цинковая, электролит раствор хлорида натрия или серной кислоты; электродвижущая сила 1,0 В. Предложен А. Вольтой … Большой Энциклопедический словарь

Вольта элемент — гальванический элемент, у которого положительный электрод медная пластина, отрицательный цинковая, электролит раствор хлорида натрия или серной кислоты; эдс 1,0 В. Предложен А. Вольтой. * * * ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ, гальванический… … Энциклопедический словарь

ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ — первичный элемент, у к рого положит. электрод медная пластина, отрицат. цинковая, электролит р р хлорида натрия или серной к ты. Эдс равна 1 В … Большой энциклопедический политехнический словарь

ВОЛЬТА ЭЛЕМЕНТ — гальванич. элемент, у к рого положит. электрод медная пластина, отрицательный цинковая, электролит р р хлорида натрия или серной кислоты; эдс 1,0 В. Предложен А. Вольтой … Естествознание. Энциклопедический словарь

ЭЛЕМЕНТ — элемента, м. [латин. elementum, первонач. одна из четырех стихий мира: огонь, земля, вода или воздух]. 1. Составная часть чего н. Разложить что н. на элементы. Классовые элементы общества. Отдельные элементы населения. Сочувствующие элементы… … Толковый словарь Ушакова

элемент — а, м. élément m., нем. Element <лат. elementum стихия, первоначальное вещество. 1. У древнегреческих философов материалистов одна из составных частей природы (огонь, вода, воздух, земля), лежащих в основе всех вещей, явлений; стихия. БАС 1.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ЭЛЕМЕНТ — (лат. elementum первоначальное вещество, стихия). 1) простое или не разлагаемое тело, как напр, серебро, медь, азот и пр. 2) малые частицы, из которых состоит тело. 3) начальное вещество, стихия. Словарь иностранных слов, вошедших в состав… … Словарь иностранных слов русского языка

Элемент Вестона — Нормальный элемент Вестона (Weston cell). Содержание 1 Общее описание 2 Различают насыщенные и ненасыщенные НЭ … Википедия

элемент Вольта — Voltos elementas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Galvaninis elementas, sudarytas iš vario ir cinko plokštelių NaCl tirpale. atitikmenys: angl. Volta pile; voltaic pile vok. Volta Element, n rus. элемент Вольта, m pranc … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Элемент Вольта и любые другие химические источники тока всегда содержат электроды, состоящие из проводников первого рода - металлов, графита и некоторых других веществ. Проводники первого рода характеризуются электронной проводимостью. Прохождение тока через них объясняется передвижением электронов. В химических источниках тока через твердые вещества с; электронной проводимостью осуществляется отвод или подвод электронов к реагирующим веществам. [2]

Элемент Вольта и любые другие химические источники тока всегда содержат электроды, состоящие из проводников первого рода - металлов, графита и других веществ. Проводники первого рода характеризуются электронной проводимостью. [3]

Элемент Вольта состоит из медной и цинковой пластин, погруженных в разбавленный раствор серной кислоты. Вследствие выделения на медном электроде газообразного водорода ( поляризация, см. 8.5) элемент Вольта не обладает постоянным напряжением. [4]

В элементе Вольта причиной поляризации медного электрода является выделение на нем газообразного водорода. В других гальванических элементах основной причиной поляризации тоже является выделение газов, главным образом водорода. Заметим, что поляризация электродов возникает и при электролизе, кроме тех случаев, когда анод растворяется в электролите. [5]

В элементе Вольта положительным полюсом служит медь. [7]

Для изготовления элемента Вольта нужна пластинка из амальгамированного цинка. Тщательно очистить поверхность цинковой пластинки наждачной бумагой, промыть водой, а затем спиртом и снова водой. [8]

При работе элемента Вольта газообразный водород покрывает медную пластину и не дает ионам водорода-разряжаться. Поэтому у медного электрода скапливаются положительные ионы, которые отталкивают другие ионы водорода и этим ослабляют ток в элементе. Таким образом, в элементе Вольта причиной поляризации медного электрода является выделение на нем газообразного водорода. [10]

При замыкании элемента Вольта на внешнюю цепь, содержащую амперметр, легко заметить. Через несколько минут после замыкания величина тока падает в несколько раз. Таким образом, элемент Вольта оказывается непригодным для получения постоянного по величине тока. В чем же заключается причина уменьшения тока. [11]

При замыкании элемента Вольта на внешнюю цепь, содержащую амперметр, легко заметить, что показания амперметра не остаются постоянными, а непрерывно делаются все меньше и меньше. Через несколько минут после замыкания величина тока падает в несколько раз. [13]

При замыкании элемента Вольта на внешнюю цепь, содержащую амперметр, легко заметить что показания амперметра не остаются постоянными, а непрерывно делаются все меньше и меньше. Через несколько минут после замыкания величина тока падает в несколько раз. Таким образом, элемент Вольта оказывается непригодным для получения постоянного по величине тока. В чем же заключается причина уменьшения тока. [15]

Простейшим гальваническим элементом, имевшим некоторое распространение, является элемент Вольта . Он состоит из двух пластин - цинковой и медной, опущенных в водный раствор серной кислоты. Часть молекул серной кислоты в воде распадается на положительные ( 2Н) и отрицательные ( SO4) ионы. Цинковая пластинка под действием химических сил растворяется в электролите. [31]

На рис. 7 показан один из простейших элементов - элемент Вольта . Он состоит из медной и цинковой пластин, называемых электродами элемента, погруженных в слабый водный раствор серной кислоты. Медь заряжается Ъдный раствор H SO положительно, а цинк - отрицательно. Положительный электрод часто называют анодом, а отрицательный - катодом. [32]

В качестве примера необратимого гальванического элемента можно привести так называемый элемент Вольта , в котором используются медный и цинковый электроды, погруженные в слабый раствор серной кислоты. Если включить этот элемент в электрическую цепь, то ток в цепи будет идти от медного электрода к цинковому; при этом цинк растворяется в кислоте, а на медном электроде выделяется водород. Следовательно, процесс в этом гальваническом элементе обратить не удается - электрод не возвращается в исходное состояние. [33]

Каждый из них растворяется ( и заряжается отрицательно, см. работу элемента Вольта ) до тех пор, пока его упругость растворения не будет уравновешена разностью потенциалов между ним и раствором. При этом оба электрода имеют одинаковые потенциалы. Присоединим к ним внешний источник тока и пустим через аккумулятор ток зарядки, который вызовет электролиз серной кислоты. [34]

Позднее Беккерель предложил новый тип гальванического элемента, представляющий собой дальнейший этап развития элемента Вольта . [35]

Наблюдая за показаниями вольтметра, включенного в цепь, можно видеть, что электродвижущая сила элемента Вольта со временем уменьшается - это явление называется поляризацией. Было установлено, что поляризация гальванического элемента вызывается смещением потенциала более активного электрода ( в элементе Вольта - цинкового) в положительную сторону, а менее активного ( в элементе Вольта - медного) - в отрицательную сторону. Естественно, что указанные смещения потенциалов электродов в сторону приближения друг к другу вызывают уменьшение электродвижущей силы. Причиной смещения потенциала медного электрода элемента Вольта в отрицательную сторону является насыщение поверхности медного электрода водородом - образуется своеобразный водородный электрод ( стр. [36]

Заметим, что при соприкосновении с электролитами все металлы заряжаются отрицательно. В элементе Вольта , например, и медь и цинк переходят в раствор в виде положительных ионов, и о б а электрода заряжаются отрицательно. [38]

При работе первых двух гальванических элементов концентрация растворов взятых солей в катодном пространстве увеличивается, а в анодном уменьшается. При работе элемента Вольта , представляющего собой цинковую и медную пластинки в растворе серной кислоты, концентрация последней уменьшается и появляется сернокислый цинк у цинкового электрода. [40]

Два электрода из разных металлов, погруженные в электролит, образуют гальванический элемент. Например, в элементе Вольта цинковый и медный электроды погружены в водный раствор серной кислоты. В первый момент раствор не содержит ни ионов цинка, ни ионов меди. Однако в дальнейшем эти ионы поступают в раствор с электродов и устанавливается динамическое равновесие. Пока электроды не соединены друг с другом проводом, потенциал электролита одинаков во всех точках, а потенциалы электродов отличаются от потенциала электролита благодаря образующимся двойным слоям на их границе с электролитом. При этом электродный потенциал цинка равен - 0 763 В, а меди 0 337 В. Электродвижущая сила элемента Вольта, складывающаяся из этих скачков потенциалов, будет равна 0 337 - ( - 0 763) 1 10 В. [41]

Таким образом, здесь протекает процесс превращения химической внергии в электрическую. Рассмотренный гальванический элемент носит название элемента Вольта . [42]

Это имеет место не для всех комбинаций металлов с электролитами. Так, например, в элементе Вольта цинк растворяется в серной кислоте и при разомкнутой цепи, хотя и в меньшей степени. Вопрос о том, от чего зависит возникновение самопроизвольных реакций металлов с электролитами, рассматривается в физической химии и выходит за пределы данной книги. [43]

Как уже ранее говорилось, при прохождении постоянного тока по электролиту электроды, погруженные в него, поляризуются. Наиболее интенсивная поляризация наблюдается в классическом элементе Вольта . Поляризация в нем вызывает выделение водорода у медного электрода. Медная пластина оказывается отделенной от раствора серной кислоты слоем пузырьков водорода. Этот водород, будучи хорошим изолятором, с одной стороны, увеличивает внутреннее сопротивление элемента, а с другой, понижает контактный потенциал электрода, ибо потенциал водорода ниже, чем меди. [44]

Гальванический элемент

Гальвани́ческий элеме́нт — химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Назван в честь Луиджи Гальвани.

Содержание

История изучения гальванических процессов

Явление возникновения электрического тока при контакте разных металлов было открыто итальянским физиологом, профессором медицины Болонского университета Луиджи Гальвани в 1786 году. Гальвани описал сокращения мышц задних лапок свежепрепарированной лягушки, закрепленных на медных крючках, при прикосновении стального скальпеля. Наблюдения были истолкованы первооткрывателем как проявление «животного электричества».

Итальянский физик и химик Алеcсандро Вольта, заинтересовавшись опытами Гальвани, увидел совершенно новое явление — создание потока электрических зарядов. Проверяя точку зрения Гальвани, А. Вольта проделал серию опытов и пришел к выводу, что причиной сокращения мышц служит не «животное электричество», а наличие цепи из разных проводников в жидкости. В подтверждение А. Вольта заменил лапку лягушки электрометром и повторил все действия. В 1800 году А. Вольта впервые публично заявляет о своих открытиях на заседании Лондонского королевского общества, что проводник второго класса (жидкий) находится в середине и соприкасается с двумя проводниками первого класса из двух различных металлов. Вследствие этого возникает электрический ток того или иного направления. Русский ученый Петров в 1802 году использовал гальванический элемент для построения электрической дуги.

Виды электродов

В состав гальванического элемента входят электроды. Электроды бывают:

Обратимые электроды

Электроды 1-го рода - электроды, состоящие из металла погруженного в раствор его соли;
Электроды 2-го рода - электрод, состоящий из металла погруженного в раствор его нерастворимой соли, который содержит общий анион с нерастворимой солью (хлорсеребряный электрод, каломельный электрод, металл-оксидные электроды);
Электроды 3-го рода - электроды, состоящие из двух нерастворимых осадков электролитов, в менее растворимом есть катион, который образуется из металла электрода, а в более растворимом есть общий анион с первым осадком;
Газовые электроды - электроды, состоящие из неактивного металла в растворе и газа (кислородный электрод, водородный электрод); электроды - электроды, состоящие из раствора металла в ртути;
Окислительно-восстановительные электроды - электроды, состоящие из неактивного металла (ферри-ферро-электрод, хингидронный электрод).

Ионоселективные мембранные электроды

Электроды с ионообменноймембраной с фиксированными зарядами - стеклянный электрод;
Электроды, состоящие из жидких ассоциированных ионитов;
Электроды с мембраной на основе мембраноактивных комплексонов;
Электроды с моно- и поликристаллической мембранами.

Характеристики гальванических элементов

Гальванические элементы характеризуются: э.д.с., емкостью, энергией, которую он может отдать во внешнюю цепь, сохраняемостью.

Ёмкость элемента – это количество электричества, которое источник тока отдает при разряде. Ёмкость зависит от массы запасенных в источнике реагентов и степени их превращения, снижается с понижением температуры или увеличением разрядного тока.
Энергия гальванического элемента численно равна произведению его ёмкости на напряжение. С увеличением количества вещества реагентов в элементе и до определенного предела, с увеличением температуры, энергия возрастает. Энергию уменьшает увеличение разрядного тока.
Сохраняемость – это срок хранения элемента, в течение которого его характеристики остаются в заданных пределах. Сохраняемость элемента уменьшается с ростом температуры хранения.

Классификация гальванических элементов

Гальванические первичные элементы - это устройства для прямого преобразования химической энергии, заключенных в них реагентов (окислителя и восстановителя), в электрическую. Реагенты, входящие в состав источника, расходуются в процессе его работы, и действие прекращается после расхода реагентов. Примером гальванического элемента является элемент Даниэля –Якоби.

Широкое распространение получили марганцево-цинковые элементы, не содержащие раствора электролита (сухие элементы, батарейки). Так, в солевых элементах Лекланше цинковый электрод служит анодом, электрод из смеси диоксида марганца с графитом служит катодом, графит служит токоотводом. Электролитом является паста из раствора хлорида аммония с добавкой муки или крахмала в качестве загустителя.

Щелочные марганцево-цинковые элементы, в которых в качестве электролита используется паста на основе гидроксида калия, обладают целом рядом преимуществ, в частности существенно большей ёмкостью, лучшей работой при низких температурах и при больших токах нагрузки.

Солевые и щелочные элементы широко применяются для питания радиоаппаратуры и различных электронных устройств.

Вторичные источники тока (аккумуляторы) - это устройства, в которых электрическая энергия внешнего источника тока превращается в химическую энергию и накапливается, а химическая – снова превращается в электрическую. Одним из наиболее распространенных аккумуляторов является свинцовый (или кислотный). Электролитом является 25-30 % раствор серной кислоты. Электродами кислотного аккумулятора являются свинцовые решетки, заполненные оксидом свинца, который при взаимодействии с электролитом превращается в PbSO₄.

Также существуют щелочные аккумуляторы. Наибольшее применение получили никель-кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы, в которых электролитом служит KOH.

В различных электронных устройствах (мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки), в основном, применяются литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, характеризующиеся высокой ёмкостью и отсутствием эффекта памяти.

Электрохимические генераторы (топливные элементы) - это элементы, в которых происходит превращение химической энергии в электрическую. Окислитель и восстановитель хранятся вне элемента, в процессе работы непрерывно и раздельно подаются к электродам. В процессе работы топливного элемента электродые не расходуются. Восстановителем является водород (H₂), метанол (CH₃OH), метан (CH₄) в жидком или газообразном состоянии. Окислителем обычно является кислород воздуха или чистый. В кислородно-водородном топливном элементе со щелочным электролитом происходит превращение химической энергии в электрическую. Энергоустановки применяются на космических кораблях, они обеспечивают энергией космический корабль и космонавтов.

Применение

Батарейки используются в системе сигнализации, фонарях, часах, калькуляторах, аудиосистемах, игрушках, радио, автооборудовании, пультах дистанционного управления.
Аккумуляторы используются для запуска двигателей машин, возможно так же и применение в качестве временных источников электроэнергии в местах, удаленных от населенных пунктов.
Топливные элементы применяются в производстве электрической энергии (на электрических станциях), аварийных источниках энергии, автономном электроснабжении, транспорте, бортовом питании, мобильных устройствах.

См. также

Литература

Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания.

Ссылки

Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.
Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Электрохимия
Источники питания
Гальванические элементы

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Гальванический элемент" в других словарях:

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ — химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно восстановительной реакцией. В состав гальванического элемента входят два разнородных электрода (один… … Большой Энциклопедический словарь

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ — источник тока, в котором электрическая энергия возникает за счёт химической реакции. Гальванический элемент состоит из 2 электродов, помещённых в электропроводную жидкость (электролит). Применяются почти исключительно «сухие» элементы, в которых… … Краткая энциклопедия домашнего хозяйства

Гальванический элемент — ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, химический источник тока; вырабатывает электроэнергию в результате прямого преобразования химической энергии окислительно восстановительной реакций. Различают гальванический элемент одноразового (первичные элементы),… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

гальванический элемент — элемент Химический источник тока, состоящий из электродов и электролита, заключенных в один сосуд, предназначенный для разового или многократного разряда. [ГОСТ 15596 82] EN cell basic functional unit, consisting of an assembly of electrodes,… … Справочник технического переводчика

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ — первичный источник постоянного электр. тока, в к ром хим. энергия, освобождающаяся при хим. процессах, превращается в электрическую. Технический железнодорожный словарь. М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. Н. Н.… … Технический железнодорожный словарь

гальванический элемент — – система, в которой химическая энергия окислительно восстановительного процесса превращается в электрическую. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] … Химические термины

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ — устройство, в котором электрическая энергия получается за счёт самопроизвольной хим. реакции. Простой хим. источник тока состоит из двух электродов отрицательного (напр. цинк) и положительного (напр. медь, оксиды металлов, уголь), погружённых в… … Большая политехническая энциклопедия

гальванический элемент — химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно восстановительной реакции. В состав гальванического элемента входят два разнородных электрода (один … … Энциклопедический словарь

гальванический элемент — elektrocheminis elementas statusas T sritis chemija apibrėžtis Cheminis elektros energijos šaltinis, kuriame elektrocheminių reakcijų energija verčiama elektros energija. atitikmenys: angl. electrochemical cell; element; galvanic cell; voltaic… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Гальванический элемент — 2. Гальванический элемент Элемент Galvanisches Element Химический источник тока, состоящий из электродов и электролита, заключенных в один сосуд, предназначенный для разового или многократного разряда Источник: ГОСТ 15596 82: Источники тока… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Читайте также: