post

Галваничен елемент

плакат на междузвездни войни

Галваничен елемент – представлява конструкция, в която протича електрохимична реакция, в резултат на което, химичната енергия се преобразува в електрична. На този процес може да се гледа като на обратен на електролизата, при която електричната енергия се трансформира в химична.

Конструкция на галваничен елемент

Галваничен елемент може да се конструира в един или два съда от инертен материал (стъкло, керамика, пластмаса). Ако съдът е само един, то тогава по средата се поставя пореста преграда, която го разделя на два полуелемента. Ако съдовете са два – съответно и полуелементите са два, между тях се използва солеви мост, който да ги свързва. Солевият мост е тръбичка изпълнена с разтвoрена сол – електролит (NaCl, KCl, NH4NO3). Електролитът не изтича, защото е ограничен с порести прегради или желатиноподобни вещества.

галваничен елемент, елемент на Даниел

галваничен елемент – елемент на Даниел

В полуелементите се налива разтвор на електролит. Един от примерите е галваничният елемент на Даниел-Якоби, наричан често само елемент на Даниел. При него, в единия полуелемент се потопява електрод от цинк (анод) в разтвор от цинков сулфат. Това е отрицателният полюс на галваничния елемент. В другия полуелемент електродът е от мед (катод) и се потопява в разтвор от меден сулфат. Той представлява положителният полюс.

Обикновено при източниците на постоянен електричен ток е прието положителният полюс да се нарича анод, а отрицателният – катод. Затова например в публикацията „Електролиза“ могат да бъдат видяни точно обратните дефиниции на тези от статията „Галваничен елемент“.

Електродите се свързват с волтметър, а полуелементите със солевия мост. Започват окислително-редукционни процеси, които протичат в две отделни полуреакции:

Zn – 2e → Zn2+ (E = −0,76 V)

Cu2+ + 2e → Cu (E = +0,34 V)

двете са част от общата реакция:

Zn + CuSO4 → Cu + ZnSO4

При окислението на един атом цинк се отделят два електрона, които не могат да преминат в течността, а остават в анода. Подобни процеси на редукция протичат в другия полуелемент. Възникват различни електрични потенциали и когато катодът и анодът се свържат с проводник се появява електродвижещо напрежение. Започва да протича електричен ток. Ако във веригата има волтметър, той ще отчете стойността на ел. потенциал:

0,34V −(−0,76 V) = 1,10 V

Обикновени и акумулаторни батерии

Докато протичат химическите процеси на окисление и редукция, ще протича и ток по веригата. Проблемът е, че в един определен момент цинковият електрод ще се изчерпи и реакциите ще спрат. При някои галванични елементи процесът е обратим ако към едноименните полюси се включи източник на постоянен ток.

Батериите, по своята същност представлят стек от няколко електрохимични елемента свързани последователно. Понякога един галваничен елемент може да се разглежда като една батерия. Акумулаторните батерии се различават от обикновените, защото могат да се презареждат. Те са съставени от клетки от галванични елементи, при които окислително-редукциония процес е обратим. И двата вида батерии се използват като преносими източници на електричен ток.

 Галваничният елемент в Breaking Bad

галваничен елемент, брейкинг бед

галваничен елемент използван от Уолтър Уайт

В епизод 9 на сезон 2, Джеси и Уолтър бяха в пустинята да правят дрога, когато акумулаторът им се изтощи. За да запалят двигателя, на мистър Уайт му се наложи да конструира галваничен елемент и след това още няколко, от които да направи батерия. Въпросът е какви материали използва и как оформи конструкцията?

Галваничният елемент беше в един пластмасов съд, разделен на два полуелемента от пореста гъба. За електролит Уолтър използва калиева основа (KOH). На положителния полюс постави живачен оксид и графит, а на отрицателния поцинковани болтове и монети. Полуреакциите са следните:

Zn + 2OH → ZnO + H2O + 2e

HgO + H2O + 2e → Hg + 2OH

двете са част от общата реакция:

Zn + HgO → Hg + ZnO

После двамата с Джеси свързаха последователно 6 елемента в една батерия, която използваха да подкарат RV-то. Според непотвърдена информация, волтажът на един галваничен елемент от батерията е 1.3827 V, което прави общо 8.2962 V. Спорен е въпросът дали това ще е достатъчно при условие, че обикновено един акумулатор е 12 V или 16 V. Но това е тема за друга публикация.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *