Гальваникалық элементтің диаграммасын құру үшін оның әрекет ету принципін, құрылымдық ерекшеліктерін түсіну қажет.
Тұтынушылар батареялар мен батареяларға сирек назар аударады, ал бұл қуат көздері ең сұранысқа ие.
Химиялық ток көздері
Гальваникалық элемент дегеніміз не? Оның схемасы электролитке негізделген. Құрылғы электролит орналасқан, сепаратор материалымен адсорбцияланған шағын контейнерді қамтиды. Сонымен қатар, екі гальваникалық элементтің схемасы катод пен анодтың болуын болжайды. Мұндай гальваникалық элемент қалай аталады? Екі металды байланыстыратын схема тотығу-тотықсыздану реакциясын болжайды.
Ең қарапайым гальваникалық элемент
Бұл күшті электролит ерітіндісіне батырылған әртүрлі металдардан жасалған екі пластинаның немесе шыбықтың болуын білдіреді. Бұл гальваникалық элементтің жұмысы кезінде анодта электрондардың қайтарылуымен байланысты тотығу процесі жүреді.
Катодта - қалпына келтіру, сүйемелдеуіментеріс бөлшектерді қабылдау. Тотықсыздандырғыштан тотықтырғышқа сыртқы контур арқылы электрондардың ауысуы бар.
Гальваникалық элементтің мысалы
Гальваникалық элементтердің электрондық схемаларын жасау үшін олардың стандартты электродтық потенциалының мәнін білу қажет. Мыс сульфатының мырышпен әрекеттесуі кезінде бөлінетін энергия негізінде жұмыс істейтін мыс-мырыш гальваникалық элементтің нұсқасын талдап көрейік.
Сұлбасы төменде келтірілетін бұл гальваникалық элемент Якоби-Даниел ұяшығы деп аталады. Оның құрамына мыс сульфатының ерітіндісіне батырылған мыс пластина (мыс электрод) кіреді, сонымен қатар оның сульфатының ерітіндісінде (мырыш электрод) болатын мырыш пластинасынан тұрады. Ерітінділер бір-бірімен байланыста, бірақ олардың араласпауы үшін элемент кеуекті материалдан жасалған бөлікті пайдаланады.
Жұмыс принципі
Сұлбасы Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu болатын гальваникалық элемент қалай жұмыс істейді? Оның жұмысы кезінде электр тізбегі жабылған кезде металл мырыштың тотығу процесі жүреді.
Оның тұз ерітіндісімен жанасу бетінде атомдардың Zn2+ катиондарына айналуы байқалады. Процесс сыртқы контур бойымен қозғалатын «бос» электрондардың бөлінуімен бірге жүреді.
Мырыш электродында өтетін реакцияны келесідей көрсетуге болады:
Zn=Zn2+ + 2e-
Қалпына келтіруметалл катиондары мыс электродында жүргізіледі. Мұнда мырыш электродынан түскен теріс бөлшектер мыс катиондарымен қосылып, оларды металл түрінде тұндырады. Бұл процесс келесідей:
Cu2+ + 2e-=Cu
Егер біз жоғарыда қарастырылған екі реакцияны қоссақ, мырыш-мыс гальваникалық элементінің жұмысын сипаттайтын жалпы теңдеу аламыз.
Мырыш электроды анод, мыс катод қызметін атқарады. Заманауи гальваникалық элементтер мен аккумуляторлар бір электролит ерітіндісін қолдануды талап етеді, бұл олардың қолдану аясын кеңейтеді, олардың жұмысын ыңғайлы және ыңғайлы етеді.
Гальваникалық элементтердің түрлері
Ең көп тарағаны көміртек-мырыш элементтері. Олар марганец оксиді (4) болып табылатын анодпен жанасатын пассивті көміртекті ток жинағышты пайдаланады. Электролит - аммоний хлориді, паста ретінде қолданылады.
Ол таралмайды, сондықтан гальваникалық элементтің өзін құрғақ деп атайды. Оның ерекшелігі - жұмыс кезінде «қалпына келтіру» мүмкіндігі, бұл олардың пайдалану кезеңінің ұзақтығына оң әсер етеді. Мұндай гальваникалық элементтердің құны төмен, бірақ қуаты төмен. Температура төмендегенде, олар тиімділігін төмендетеді, ал көтерілгенде электролит бірте-бірте кебеді.
Сілтілік элементтер сілтілі ерітіндіні қолдануды қамтиды, сондықтан оларда өте көпқолданбалар.
Литий жасушаларында белсенді металл анод ретінде әрекет етеді, бұл қызмет ету мерзіміне оң әсер етеді. Литийдің теріс электродтық потенциалы бар, сондықтан шағын өлшемдері бар мұндай элементтерде максималды номиналды кернеу бар. Мұндай жүйелердің кемшіліктері арасында жоғары баға бар. Литий қуат көздерін ашу жарылыс қаупі бар.
Қорытынды
Кез келген гальваникалық элементтің жұмыс істеу принципі катод пен анодта болатын тотығу-тотықсыздану процестеріне негізделген. Қолданылатын металға байланысты таңдалған электролит ерітіндісі, элементтің қызмет ету мерзімі, сондай-ақ номиналды кернеудің мәні өзгереді. Қазіргі уақытта литий, кадмий гальваникалық элементтер сұранысқа ие, олардың қызмет ету мерзімі айтарлықтай ұзақ.
