Picture0

VI.3. Ogniwa galwaniczne

Ogniwa galwaniczne są źródłem prądu elektrycznego, powstającego wskutek zachodzenia reakcji chemicznych. Powstają z zestawienia dwóch elektrod różniących się potencjałami. Elektroda o niższym potencjale jest katodą, a o wyższym anodą. Zestawienie np. standardowych elektrod: Cu/CuS0₄//ZnS0₄/Zn, gdzie sole występują w roztworze wodnym, daje ogniwo Daniella o E₀ = 1,52 wollow. Zestawienie odczytuje się następująco: miedź metaliczna jest zanurzona w roztworze CuS0₄, roztwór ten jest połączony kluczem elektrolitycznym (dw ie ukośne kreski) z roztworem ZnS0₄, w którym zanurzony jest cynk metaliczny. Elektroda Cu (anoda) jest dodatnia, a Zn (katoda) ujemna. Klucz to U-rurka szklana napełniona np. nasyconym wodnym roztworem KCI i zatkana z obydwu końców watą szklaną. Jony zawarte w roztworze biorą udział w przewodzeniu prądu. Ogniwo Daniella jest to ogniwa tzw. pierwszego rodzaju.

Szeroko rozpowszechnione jest ogniwo suche Leclanchego. Katodę stanowi w nim słupek grafitowy (C), anodę cynk (Zn), a elektrolit mieszanina zawierająca Mn()₂, sadzę, NH₄CI i ZnCl₂ orazNHi i H₂0. Przebiega w nim reakcja redoks:

Zn + 2 MnO, + 2 NH„C1 -> 2 MnO(OH) + [Zn(NH₃)₂]Cl₂.

Ogniwem tzw'. drugiego rodzaju jest akumulator ołowiowy. Katodę stanowią płyty ołowiowe, a anodę płyty pokryte Pb0₂. Są one zanurzone w około 30% I l₂S0₄. Reakcja redoks:

Pb + Pb0₂ + 2 H₂SO„ -> 2 PbS0₄ + 2 H₂0.

W praktyce często stosowane jest ogniwo zasadowe. Złożone jest ono ze stalowej katody i cynkowej anody oraz elektrolitu złożonego z HgO, KOH i Zn(OH)₂. Podobnie często stosowane jest ogniwo niklowo-kadmowe, w którym katodę stanowi kadm przechodzący w jon Cd²~, anodę nikiel, a elektrolit Ni(OH)₃, przechodzący w czasie reakcji w Ni(OH)₂.

Osobną grupę stanowią ogniwa koncentracyjne, stężeniowe. Występuję w nich obok elektrod metalicznych dwa roztwory o różnych stężeniach. Energię elektryczną czerpie się z różnicy stężeń. W czasie pracy ogniwa ma miejsce proces wyrównywania stężeń. Po wyrównaniu stężeń prąd przestaje płynąć.

*

Potencjometryczny pomiar siły elektromotorycznej

Siłę elektromotoryczną ogniwa, oznaczaną jako E lub SEM, można zmierzyć potencjometrycznie. Poznanie E pozwala na określenie potencjału elektrod, zgodnie z równaniem:

E=V„-V_k,

gdzie:

V_u - potencjał anody,

Vk - potencjał katody.

Bardzo często w pomiarach chodzi o oznaczanie potencjału jednej / di I trod, gdy potencjał drugiej jest znany.

Do pomiarów E stosuje się aparat zwany potencjometrem, /asndn jeg działania polega na tym, że przeciwstawia się silę elcktromotoryc/mi ogum znanego (wzorcowe ogniwo Westona) sile elektromotorycznej ogniwa badam go. Aparat posiada system oporów, które pozwalają na osiągnięcie kompen .aej tj. zrównania znanej siły elektromotorycznej z nieznaną. W stanie kompensat w obwodzie nie przepływa prąd elektryczny. W ten sposób oznacza się / ogn wa badanego, a także potencjał elektrody badanej. Metoda potencjometryc/i służy m.in. do oznaczania pH roztworów.

pH-metr

pH-metr jest potencjometrem przystosowanym do pomiaru pil ro/.lwoió Ogólnie zasada pomiaru polega na tym, że tworzy się ogniwo z elektrody o /i nym potencjale (np. elektroda kalomelowa) z elektrodą np. platynową, zanui, ne w' roztworze o oznaczanym pH. Pomiar E takiego ogniwa pozwala usl.i potencjał elektrody badanej. Pomiędzy potencjałem tej elektrody i pl I występ ścisła zależność, umożliwiająca przeliczanie potencjału na pH. W nowoc/c ui\ elektronicznych pH-metrach na wyświetlonej tabliczce podawana jest od u mierzona wartość pil. W przeliczeniach zastosowanie znajduje szczególny pi padek równania Nernsta.

3.1.4. Elektroliza

Elektroliza jest to przepływ prądu elektrycznego przez roztwory elektroli (kwasów, zasad, soli), któremu towarzyszą procesy utleniania i redukcji za dzące na elektrodach, zanurzonych w roztworach elektrolitów. Do ciek przykłada się różnicę potencjałów jakiegoś źródła prądu stałego. W efckcii warte w roztworze kationy wędrują do katody (elektrody połączonej / ujem biegunem źródła prądu), a aniony do anody (elektrody połączonej z doda biegunem źródła prądu), gdzie ulegają zobojętnieniu. Produkty zobojętn wydzielają się na elektrodach lub wchodzą w reakcje ze składnikami śród ska, prowadzące do powstawania produktów wtórnych.

Elektroliza wodnego roztworu chlorku sodu NaCl, dysocjującego na ka Na⁺ i aniony CE, powoduje wędrówkę jonów Na' do katody i jonów Cl do dy. Kationy Na" ulegają na katodzie zobojętnieniu: