OGNIWA
GALWANICZNE

Ogniwo galwaniczne – urządzenie w którym wytwarzany jest prąd
elektryczny (strumień elektronów) dzięki przebiegowi samorzutnej
reakcji chemicznej red-ox czyli reakcji utleniania i redukcji. Ogniwem
galwanicznym jest bateria.

Budowa ogniwa
galwanicznego

Elektrody – metaliczny
przewodnik

(np.: Zn,

Cu, Pt, C

(grafit)

)

Elektrolit – przewodnik jonowy
(rozwór wodny soli metalu np.
CuSO

4

, ZnSO

4

Reakcje red-ox czyli reakcje połówkowe utleniania
i redukcji zachodzą w różnych obszarach ogniwa i
nazywamy je reakcjami elektrodowymi

Utlenianie zachodzi na
anodzie Redukcja zachodzi
na katodzie

- Metaliczny cynk (blaszka
cynkowa) znajduje się w
roztworze soli cynku (ZnSO

4

) i

nie styka się z miedzią i
roztworem soli miedzi
(CuSO

4

)

Komora 1 biegun ‘’-
‘’

(-) Anoda Zn

(s)

- 2e 

Zn

2+

Komora 2 biegun ‘’+’’

(+) Katoda Cu

2+

+ 2e  Cu

(s)

Elektrony płyną od atomów
Zn do jonów Cu

2+

ale przez

zewnętrzny obwód (drut i
żarówkę)

W ogniwie galwanicznym samorzutna reakcja chemiczna powoduje

uwalnianie elektronów na anodzie, miejscu utleniania i ich przepływ do

katody, miejsca redukcji.

Pierwsze ogniwo zostało wynalezione przez angielskiego chemika Johna Daniella
(1836r.)

Zn

(s)

+ Cu

2+

(aq)

→ Zn

2+

(aq)

+

Cu

(s)

Reakcja jest
samorzutna

Zn

(s)

- 2e  Zn

2+

Utlenienie powoduje
uwolnienie elektronów,
utleniane cząstki
uwalniają z anody
elektrony

Cu

2+

+ 2e 

Cu

(s)

Redukcja powoduje
pobranie elektronów ,
cząstki ulegające redukcji
pobierają elektrony od
katody

Gdy zamykamy obwód
elektryczny elektrony z
anody podążają przez
obwód elektryczny (np.:
poruszają silniczek,
zapalają żarówkę) w
kierunku katody.

to anoda (utlenianie)-
tędy elektrony
opuszczają ogniwo

to katoda (redukcja)- tędy
elektrony wchodzą do
ogniwa

Sposób zapisu
ogniw

1. Znaki elektrod : anoda (-) , katoda (+)

2. Elektrody metaliczne zanurzone w roztworach swych soli np.: w

ogniwie Daniella gdzie mamy Zn w ZnSO

4

a Cu w CuSO

4

:

Zn

(s)

 Zn

2+

(aq)

Zn

(s)

- 2e  Zn

2+

Cu

2+

+ 2e 

Cu

(s)

Cu

2+

(aq)

 Cu

(s)

Obowiązuje porządek w

zapisie

substrat  produkt

Każda linia pionowa oznacza zetknięcie
faz, w tym przypadku faza stała
(metal) i roztwór.

3. Jeśli ogniwo jest zapisane H

+

(aq)

 H

2(g)



Pt

(s)

Reakcja (wymiana elektronów zachodzi między H

+

a H

2

(dwie różne

fazy) , natomiast Pt-platyna stanowi elektrodę, ale nic się z nią nie
dzieje

4. Jeśli ogniwo jest zapisane Fe

3+

(aq)

, Fe

2+

(aq)



Pt

(s)

Jony które są redukowane oraz utleniane znajdują się w tej
samej fazie, a do ich rozdzielenia używamy przecinka

Pt – platyna stanowi elektrodę ale nic się z nią nie
dzieje

C(gr)- elektroda jest grafit ale nie ulega on reakcji

Zapis całego ogniwa składa się z dwóch półogniw

Anoda(utlenianie) │ katoda(redukcja)

Ogniwo Daniella ma zapis : Zn(s)│ Zn

2+

(aq)

│ Cu

2+

(aq)

│Cu

(s)

W celu zamknięcia obwodu (ale nie mieszania się roztworów w których
zachodzi utlenianie i redukcja) stosuje się klucz elektrolityczny (mostek
solny). Szklana u-rurka wypełniona żelem zawierającym stężony roztwór
soli.

Symbolem klucza

elektrolitycznego
jest ║

pełny zapis ogniwa z kluczem

elektrolitycznym

Zn(s)│ Zn

2+

(aq)

║ Cu

2+

(aq)

│Cu

(s)

SEM siła elektromotoryczna
ogniwa

SEM mierzymy za pomocą elektronicznego
woltomierza.

SEM = potencjał katody – potencjał
anody

W ogniwie Daniella

Zn(s)│ Zn

2+

(aq)

║ Cu

2+

(aq)

│Cu

(s

SEM = 1,1V

SEM = E

o

katody

– E

o

anody

SEM= +0,34 – (- 0,76) = 1,1V

Anoda
Zn

(s)

/Zn

2+

E

o

zn/zn2+

= -0,76

Katoda Cu

2+

/Cu

E

o

Cu2+/Cu

= +0,34

Wartość potencjałów odczytujemy z
Tabeli pt. Szereg elektrochemiczny
metali

Standardowe potencjały
elektrod

Skąd wiadomo że E

o

Zn/Zn2+

= - 0,76 ???

Stan standardowy gazu : jest to czysty
gaz pod ciśnieniem 1atm, a stanem
standardowym dla roztworu jest roztwór o
stężeniu 1 mol/dm

3

.

Standardowe potencjały elektrod oznacza się E

o.

Przyjmuje się, że potencjał elektrody

wodorowej wynosi 0.

2H

+

(aq)

+ 2e  H

2(g)

E

o

H+/H2

=0

Elektrody wodorowej używamy do zdefiniowania standardowych potencjałów
wszystkich innych elektrod. Np.: aby wyznaczyć potencjał standardowy elektrody
cynkowej, mierzymy siłę elektromotoryczną ogniwa, w którym jedna elektrodą
jest elektroda cynkowa a drugą elektroda wodorowa: Zn

(s)

 Zn

2+

(aq)

║H

+

(aq)



H

2(g)

 Pt

(s)

Ogniwa stosowane w
praktyce

Ogniwa pierwotne – nieregenerowalne, elektryczność
wytwarzana jest z substancji chemicznych zamkniętych w
ogniwie

Ogniwa wtórne – akumulatory, musza zostać
naładowane

przed użyciem i są

regenerowane

Ogniwo suche – bateria, (1,5V)

Węgorz elektryczny żyje
w Amazonce, na dł. 1 m
wytwarza różnice
potencjałów 700V