Гальванический электрод: гальванический электрод — это… Что такое гальванический электрод? — Мастер на все ручки: Блог домашнего сварщика

Содержание

гальванический электрод — это… Что такое гальванический электрод?

гальванический электрод: [plating electrode] — электрод, погруженный в электролит или соприкасаемый с ним; применяется при электролизе, в гальванических источниках тока и т.д. На границе гальванического электрода с электролитом протекают электрохимические процессы — восстановительные или окислительные, в которых могут участвовать материал электрода и соответствующие ионы электролита (так называемые растворимые гальванические электроды, например, Cu²⁺ + 2е ⇆ Cu). Различают разрушаемые (в результате наводороживания, коррозии, растрескивания и т. п.) и неразрушаемые гальванические электроды. Полярность (Смотри Анод, Катод) определяется характером протекающих на нем процессов или подключения к тому или иному полюсу внешнего источника напряжения. Используются также биполярные гальванические электроды, одна сторона которых работает как катод, а другая как анод в результате последовательного включения нескольких гальванических электродов в электрическую цепь. Гальванический электрод могут изготавливать из компактных или дисперсных материалов (псевдоожиженный гальванический электрод, иногда с магнитным удержателем у токоподвода). Важнейшей характеристикой гальванического электрода является электродный потенциал, устанавливаемый на границе электрод-электролит. По применению различают гальванический электрод сравнения, индикаторный гальванический электрод и др.;
Смотри также:
— Электрод
— электрод сравнения
— сварочный электрод
— расходуемый электрод
— полый электрод
— подовый электрод
— печной электрод
— нерасходуемый электрод

— графитированный электрод
— водородный электрод
— водоохлаждаемый электрод
— самоспекающийся электрод
— угольный электрод

plating electrode
hydrogen

Смотреть что такое «гальванический электрод» в других словарях:

электрод сравнения — [reference electrode] гальванический электрод, применяемый для измерения электродных потенциалов. Обычно измеряется разность потенциалов между исследуемым электродом и выбранным электрод сравнения, имеющим известный потенциал относительно условно … Энциклопедический словарь по металлургии
Электрод — [electrode] элемент конструкции электронного, ионного, электротехнического прибора или технологической установки (агрегата), представляющий проводник определенной формы, посредством которого участок электрической цепи, приходящий на рабочую среду … Энциклопедический словарь по металлургии
Электрод сравнения (гальванический полуэлемент) — металл, погруженный в раствор электролита с собственными ионами, способный к установлению равновесного потенциала; используется в качестве эталона для измерения электродных потенциалов исследуемого металла… Источник: Распоряжение Росавтодора от … Официальная терминология
Гальванический анод (протектор) — электрод из металла с более отрицательным потенциалом, чем защищаемое металлическое сооружение, подключаемый к сооружению при его гальванической защите… Источник: Приказ Минэнерго РФ от 29.12.2001 N 375 О введении в действие Инструкции по… … Официальная терминология
гальванический анод — протектор Электрод из металла с отрицательным потенциалом большей величины, чем защищаемое металлическое сооружение, подключаемый к сооружению при его гальванической защите. [РД 153 39.4 091 01 Инструкция по защите городских подземных… … Справочник технического переводчика
ЭЛЕКТРОД — (1) проводник электричества, служащий для подвода электрического тока; (2) Э. сварочный стержень определённого диаметра и длины из электропроводного материала, включаемый в цепь сварочного тока для создания электрической (см.) во время дуговой… … Большая политехническая энциклопедия
Гальванический элемент — Схема гальванического элемента Даниэля Якоби Гальванический элемент химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов в электролите, приводящем к воз … Википедия
электрод — 3.106 электрод (electrode): Проводящая часть, встраиваемая в гибкий листовой нагревательный элемент с целью подачи питания на нагревающий материал. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
электрод сравнения — 3.25 электрод сравнения: Электрод, имеющий постоянный электродный потенциал в грунте (электролите). Источник: СТО Газпром 2 3.5 047 2006: Инструкция по расчету и проектированию э … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
гальванический анод (протектор) — 3.6 гальванический анод (протектор): Электрод из металла с более отрицательным потенциалом, чем защищаемое металлическое сооружение. Подключается к сооружению при его гальванической защите. Источник: СТО 17330282.27.060.001 2008: Трубопроводы… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Основные типы электродов и гальванических элементов. — МегаЛекции

Гальванический элемент — химический источник электрического тока, названный в честь Луиджи Гальвани. Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. ЭДС гальванического элемента зависит от материала электродов и состава электролита. Сейчас широко распространены следующие гальванические элементы:

Тип	ЭДС (В)	Достоинства
угольно-цинковые (солевые)	1,5	дешёвые
щелочные (жаргонное название — алкалиновые)	1,6	высокий ток, ёмкие
никельоксигидроксидные (NiOOH)	1,6	высокий ток,очень ёмкие
литиевые	3,0	очень высокий ток, очень ёмкие

Для гальванического элемента принята следующая форма записи (на примере элемента Даниэля):

Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu,

где вертикальная линия | обозначает границу раздела фаз, а двойная вертикальная линия || — солевой мостик. Электрод, на котором происходит окисление, называется

анодом; электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом. Гальванический элемент принято записывать так, чтобы анод находился слева.

Электродные полуреакции принято записывать как реакции восстановления (таблица 12.1), поэтому общая реакция в гальваническом элементе записывается как разность между реакциями на правом и левом электродах:

Правый электрод: Cu²⁺ + 2e = Cu

Левый электрод: Zn²⁺ + 2e = Zn

Общая реакция: Cu²⁺ + Zn = Cu + Zn²⁺

Типы гальванических элементов window.top.document.title = «7.4.1. Типы гальванических элементов»;

Концентрационные элементы состоят из одинаковых электродов, отличающихся активностями потенциалопределяющего иона ЭДС этих элементов обычно очень мала. Концентрационные элементы используются при определении pH и концентраций труднорастворимых солей.

В топливных гальванических элементах (электрохимических генераторах) процесс окисления некоторых видов топлива используется для непосредственного получения электрической энергии. Основным их преимуществом является принципиальная возможность достижения очень высоких КПД использования топлив.

В щелочном водородно-кислородном топливном элементе

где M₁ и M₂ – проводники первого рода, в основном серебро, металлы платиновой группы и некоторые другие, играющие роль катализаторов электродных процессов и токоотводов, на аноде идет реакция

а на катоде –

Суммарный процесс соответствует реакции горения водорода:

Батарея топливных элементов с устройствами для подвода топлива и окислителя, вывода продуктов реакции, поддержания и регулирования температуры, называется электрохимическим генератором. Кислородно-водородные генераторы применяются на космических кораблях. Они обеспечивают космический корабль и космонавтов не только энергией, но и водой, которая является продуктом реакции в топливном элементе.

Аккумуляторами называются обратимые гальванические элементы многоразового действия. При пропускании через них электрического тока (зарядке) они накапливают химическую энергию, которую потом при их работе (разрядке) отдают потребителю в виде электрической энергии. Наиболее распространены два вида аккумуляторов: кислотный (свинцовый) и щелочные.

Анод заряженного свинцового аккумулятора состоит из свинца, катод – из диоксида свинца. Металлический тип проводимости PbO

2 делает его пригодным для работы в качестве электрода. Электролитом служит раствор H₂SO₄ (32–39 %), в котором PbSO₄ и PbO₂ малорастворимы.

Схему аккумулятора можно изобразить так:

Анодный процесс работающего аккумулятора

катодный процесс –

Таким образом, в свинцовом аккумуляторе осуществляется реакция

При зарядке протекает обратная реакция и электроды меняют свои функции: катод становится анодом, а анод – катодом. ЭДС свинцового аккумулятора зависит от отношения активности кислоты и воды:

В процессе работы аккумулятора концентрация кислоты падает, а следовательно, падает и ЭДС. Когда ЭДС достигает 1,85 В, аккумулятор считается разрядившимся. При более низкой ЭДС пластины покрываются тонким слоем PbSO₄ и и аккумулятор разряжается необратимо. Во избежание этого аккумулятор периодически подзаряжают.

В заряженном щелочном железо-никелевом аккумуляторе анодом служит железо, катодом – гидроксид никеля (III), электролит – 20%-й раствор KOH:

При работе аккумулятора на аноде происходит окисление железа:

на катоде – восстановление гидроксида никеля (III):

Суммарная активность процесса:

В уравнении Нернста для данного аккумулятора под знаком логарифма стоят не концентрации, а произведения растворимости ПР участвующих в этой реакции труднорастворимых веществ:

ЭДС щелочного аккумулятора не зависит от концентрации щелочи, поскольку в выражение под знаком логарифма входят постоянные величины.

Аналогично работают щелочные кадмий-никелевый и серебряно-цинковый аккумуляторы:

Водоро́дный электро́д — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах. Водородный электрод (ВЭ) представляет собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразный водород (обычно используют платину или палладий), насыщенную водородом (при атмосферном давлении) и погруженную в водный раствор, содержащий ионы водорода. Потенциал платины зависит от концентрации ионов Н⁺ в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. При давлении водорода 1 атм., концентрации протонов в растворе 1 моль/л и температуре 298 К потенциал ВЭ принимают равным 0 В. При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция:

2Н⁺ + 2e⁻ = H₂

то есть, происходит либо восстановление водорода, либо его окисление — это зависит от потенциала реакции, протекающей на определяемом электроде. Измеряя ЭДС гальванического электрода при стандартных условиях (см. выше) определяют стандартный электродный потенциал определяемой химической реакции.

ВЭ применяют для измерения стандартного электродного потенциала электрохимической реакции, для измерения концентрации (активности) водородных ионов, а также любых других ионов. Применяют ВЭ так же для определения произведения растворимости, для определения констант скорости некоторых электрохимических реакций.

Схема стандартного водородного электрода:

1. Платиновый электрод.

2. Подводимый газообразный водород.

3. Раствор кислоты (обычно HCl), в котором концентрация H⁺ = 1 моль/л.

4. Водяной затвор, препятствующий попаданию кислорода воздуха.

5. Электролитический мост (состоящий из концентрированного р-ра KCl), позволяющий присоединить вторую половину гальванического элемента.

Хлорсеребряный электрод (ХСЭ) благодаря стабильности потенциала и простоте конструкции является одним из наиболее часто употребляемых в лабораторной практике электродов сравнения. Представляет собой серебряную пластинку или проволочку, покрытую слоем малорастворимой соли серебра (обычно — хлорида) и опущенной в насыщенный раствор хлорида калия. Схематически записывается как: Ag|AgCl|KCl|Cl⁻.

Потенциалоопределяющим для такого электрода является анион хлорида в равновесии: AgCl(s) ↔ Ag⁺ + Cl⁻

При 25 °С потенциал насыщенного ХСЭ составляет 0,222 В^[1].

ЭЛЕКТРОДЫ СРАВНЕНИЯ, электрохим. системы, предназначенные для измерения электродных потенциалов. Необходимость их использования обусловлена невозможностью измерения абс. величины потенциала отдельного электрода. В принципе в качестве электрода сравнения может служить любой электрод в термодинамически равновесном состоянии, удовлетворяющий требованиям воспроизводимости, постоянства во времени всех характеристик и относит, простоты изготовления. Для водных электролитов наиб, часто применяют в качестве электродов сравнения водородный, каломельный, галогеносеребряные, оксидно-ртутный и хингидронный электроды.
Водородный электрод сравнения представляет собой кусочек платиновой фольги или сетки, покрытый слоем электролитич. Pt и погруженный частично в р-р, через к-рый пропускают Н₂. При адсорбции на электроде образуются адсорбир. атомы Н_адс. Электродные р-ции на водородном электроде сравнения описываются ур-ниями: Н₂ 2Н_адс2Н⁺ + 2е (е — электрон). Водородный электрод при давлении водорода р_Н2 равном 1 атм (1,01 х 10⁵ Па), термодинамич. активности ионов водорода в р-ре а_Н+, равной 1, наз. стандартным водородным электродом, а его потенциал условно принимают равным нулю. Потенциалы других электродов, отнесенные к стандартному водородному электроду, составляют шкалу стандартных электродных потенциалов (см. Стандартный потенциал). Для водородного электрода сравнения Нернста уравнение записывается в виде:

где Т — абс. т-ра; F — постоянная Фарадея; R — газовая постоянная. При р_Н2 = 1 атм электродный потенциал

Используется в широком диапазоне рН — от значений, соответствующим конц. к-там, до значений, соответствующим конц. щелочам. Однако в нейтральных р-рах водородный электрод сравнения может нормально функционировать лишь при условии, что р-р обладает достаточно хорошими буферными св-вами (см. Буферный раствор). Это связано с тем, что при установлении равновесного потенциала на платинированной платине, а также при пропускании тока через водородный электрод сравнения появляется (или исчезает) нек-рое кол-во ионов Н⁺, т. е. изменяется рН р-ра, что особенно заметно в нейтральных средах. Водородный электрод применяют в широком интервале т-р, отвечающем существованию водных р-ров. Следует, однако, учитывать, что при повышении т-ры парциальное давление водорода падает вследствие роста давления паров р-рителя и обусловленное этим изменение потенциала электрода сравнения соответствует ур-нию

, где р — барометрич. давление (в кПа), a p_s — суммарное давление насыщ. паров над р-ром (кПа). Возможность использования водородного электрода в орг. средах требует спец. проверки, т. к. Pt может катализировать процессы с участием орг. соед., вследствие чего нарушается равновесие электродной р-ции и электрод приобретает стационарный потенциал, отличный от равновесного.
Каломельный электрод сравнения изготавливают, используя ртуть и р-ры каломели в хлориде калия. Электродная р-ция на этом электроде отвечает ур-нию: 2Hg + 2Сl^— Hg₂Cl₂, а соответствующее ур-ние Нернста имеет вид:

где E⁰ — стандартный потенциал. В зависимости от концентрации КС1 различают насыщенный, нормальный и децинормальный каломельные электроды сравнения. Эти электроды сравнения хорошо воспроизводимы, устойчивы и пригодны для работы при т-рах до 80 °С. При более высоких т-рах начинается разложение хлорида ртути. Часто каломельный электрод сравнения подсоединяют через солевой мостик, состоящий из концентриров. р-ра КС1 для снижения диффузионного потенциала. Потенциал Е каломельного электрода сравнения зависит от т-ры, причем температурный коэф. минимален для децинормального электрода, для к-рого Е =0,3365 — 6 х 10^-5(t-25), где t — т-ра (°С).
Галогеносеребряные электроды сравнения представляют собой серебряную проволоку, покрытую галогенидом серебра, к-рый наносится путем термич. или электрохим. разложения соли серебра. Электродная р-ция отвечает ур-нию: Ag + Hal^—AgHal + е (Hal — галоген), а ур-ние Нернста имеет вид: .

Удобны при работе с электрохим. ячейками без жидкостного мостика, применимы как в водных, так и во мн. неводных средах, устойчивы при повышенных т-рах. В области т-р 0-95 °С потенциал хлорсеребряного электрода сравнения описывается ур-нием: E=0,23655— 4,8564 x 10-⁴t — 3,4205 x 10^-6t² + 5,869 x 10^-9t³.
Оксидно-ртутный электрод сравнения приготавливают из ртути и насыщенных р-ров оксида ртути в водном р-ре щелочи. Электродная р-ция: Hg₂O + 2e + H₂O 2Hg + 2OH ;

ур-ние Нернста:

Удобен при работе в щелочных р-рах, т. к. при этом легко реализовать цепи без жидкостного соединения.
Хингидронный электрод сравнения представляет собой платиновую проволочку, опущенную в насыщ. р-р хингидрона. Электродная р-ция: С₆Н₄(ОН)₂ С₆Н₄О₂ + 2Н⁺ + 2е. Стандартный потенциал E° = 0,6992 В. Используется в интервале рН 0-6, а в буферных р-рах в отсутствие сильных окислителей — до рН 8,5. В интервале т-р 0-50 °С потенциал хингидронного электрода сравнения выражается ур-нием: Е = 0,6992 — 7,4 x 10^-4(t -25) + [0,0591 + 2 x 10^-4(t -25)] lga_Н+ .
При измерениях в неводных средах в принципе можно применять водные электроды сравнения, если создать воспроизводимую границу водного и неводного р-ров и учитывать возникающий на этой границе диффузионный потенциал. Часто в неводных средах используют электроды сравнения на основе серебра в р-ре его соли.
В расплавленных солевых системах наиболее часто используются электроды сравнения, основанные на паре AgI/Ag, к-рая стабильна в разл. расплавах.
Потенциалы водных электродов сравнения по отношению к стандартному водородному электроду при 25 °С приведены в табл.:

Электрод	Потенциал, В
Насыщенный каломельный: Hg \| Hg₂Cl₂, насыщенный КС1	0,2412
Нормальный каломельный: Hg\| Hg₂Cl₂, 1M КС1	0,2801
Децинормальный каломельный: Hg\| Hg₂Cl₂, 0,1M KC1	0,3337
Хлорсеребряный: Ag \| AgCl, насыщенный КС1	0,197
Оксидно-ртутный: Hg\| HgO, 0.1M NaOH	0,926

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Гальванический элемент. Понятие ЭДС. Элемент Даниэля-Якоби — Студопедия

Гальванический элемент состоит из двух электродов — анода и катода. Его устройство и принцип работы рассмотрим на примере элемента Даниэля-Якоби. В этом элементе используют медный и цинковый электроды. Каждый электрод помещен в ёмкость с раствором электролита, катионы которых «одноимённый» материалу электрода. Ёмкости разделены перегородкой. Цинковый электрод опущен в раствор ZnSO_4.При замыкании цепи гальванического элемента между электродом и раствором электролита идёт реакция окисления:

Ионы цинка из электрода переходят в раствор, а на электроде остаются электроны; таким образом цинковая пластинка заряжается отрицательно и становится анодом. Возникает отрицательный электродной потенциал .

Между медным электродом и окружающем его раствором CuSO₄идёт реакция восстановления:

Ионы меди из раствора осаждаются на медном электроде, который приобретает положительный заряд и становится катодом. Электродный потенциал его будет равен .

Ещё раз подчеркну, что в гальваническом элементе окисление — отдача электронов —происходит на аноде ( цинковый электрод), восстановление — приобретение электронов — на катоде (медном электроде).

Рекомендуется запомнить правило: окисление происходит на аноде, который заряжается отрицательно, — слова начинаются с гласных «о» и «а», восстановление наблюдается на положительно заряжённом катоде — слова начинаются с согласных «в» и «к».

Процесс на электродах:

(+)

(-)

Суммарная окислительно-восстоновительная реакция гальванического элемента.

Между двумя растворами — сульфата цинка и сульфата меди — находится солевой мостик (СМ). Солевой мостик обычно выполняется в виде трубки, заполненной раствором хлорида калия (КСl) или нитрата аммония (NH₄NO₃). На границе между насыщенным раствором солевого мостика и растворами электродов ZnSO₄и CuSO₄возникают два диффузионных потенциала, которые близки по абсолютному значению, но противоположны по знаку. Солевой мостик способствует значительному снижению диффузионного потенциала между растворами электролитов.

Характерной особенностью любого гальванического элемента является образование электрохимической цепи — последовательной совокупности всех скачков потенциала на различных поверхностях раздела, отвечающих данному гальваническому элементу.

Электрохимическую цепь медно-цинкового гальванического элемента с учётом возникших скачков потенциалов можно записать следующим образом:

(1)

Одной вертикальной чертой обозначена граница между металлом и раствором электролита, на которой возникают электродные потенциалы и ^.

Двумя чертами обозначена граница между двумя электролитами, проходящая через солевой мостик ( . — диффузионный потенциал на этой границе). Вертикальной пунктирной линией показана граница между двумя металлами; на этой границе возникает контактный потенциал . Солевой мостик позволяет устранить диффузионный потенциал увеличивался бы по мере работы гальванического элемента.

Смысл записи электрической цепи, если её читать слева направо, следующий: анод, т.е цинковый электрод, погружён в раствор ZnSO₄, содержащий ионы Zn²⁺; солевой мостик соединят один раствор электролита с другим, содержанием ионы двух валентной меди; катод, погружённый в раствор CuSO_4,при диссоциации которого образуются ионы меди Cu²⁺. Во внешней цепи электроны перемещаются от анода к катоду (это перемещение показано на рис. стрелкой).

Условие (1) определяет работу гальванического элемента, когда его цепь замкнута. Это условие выполняется в результате присоединения к клеммам гальванического элемента потребляя или измерительных приборов.

ЭДС — это предельное значение разности потенциалов гальванического элемента, которое наблюдается в условиях равенства нулю тока во внешней цепи и когда устанавливаются все химические и локальные равновесия в фазах и на границы фаз, за исключением границы электрод — электрод.

Применительно к гальваническому элементу Даниэля — Якоби разомкнутая цепь гальванического элемента представлена условием (1) без границе разделаCu(+)/Zn, которая обозначена вертикальной пунктирной линией.

В соответствии с условием (1) ЭДС разомкнутого гальванического элемента равна алгебраической сумме скачков потенциалов на границе раздела фаз:

Если пренебречь диффузионным потенциалом (при наличии солевого мостика он ничтожно мал), а контактный потенциал незначителен (или равен нулю после присоединения потребителя), то ЭДС медно-цинкового гальванического элемента будет равна:

или

ЭДС является количественной характеристикой работы гальванического элемента — она показывает, насколько полно осуществляется процесс перехода химической энергии в электрическую. Принято считать, что величина ЭДС всегда положительна.

Так как абсолютное значение потенциала нельзя измерить, то пользуются значением условного потенциала. Условный потенциал данного электрода — это ЭДС гальванического элемента, состоящего из стандартного водородного электрода ( = 0) и данного электрода на отрицательном полюсе гальванического элемента всегда идёт процесс окисления, на положительном- восстановления. полюс гальванического элемента определяется только по отношению ко второму электроду. На отрицательном полюсе гальванического элемента всегда идет процесс окисления, на положительном — восстановления. Полюс гальванического элементаопределяется только по отношению ко второму электроду.

Рассмотрим гальванический элемент Якоби-Даниэля. Он состоит из медной пластины, погруженной в раствор CuSC4, и цинковой пластины, погруженной в раствор ZnSC4. Для предотвращения прямого взаимодействия окислителя и восстановителя электроды отделены друг от друга пористой перегородкой.

Схема гальванического элемента:

Zn | ZnSO4| | CuSO4| Cu,

Zn | Zn2+ | | Cu2+ | Cu.

На поверхности цинковой пластины возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие:

Zn-2e « Zn2+.

В результате протекания этого процесса возникает электродный потенциал цинка.

На поверхности медной пластины также возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие:

Сu2+ + 2е « Сu, поэтому возникает электродный потенциал меди.

Потенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение, чем потенциал медного электрода, поэтому при замыкании внешней цепи, т. е. при соединении цинка с медью метал лическим проводником, электроны будут переходить от цинка к меди.

Таким образом, при замыкании внешней цепи возникают самопроизвольные процессы растворения цинка на цинковом электроде и выделения меди на медном электроде. Данные процессы будут продолжаться до тех пор, пока не выровняются потенциалы электродов или не растворится весь цинк (или не высадится на медном электроде вся медь).

Итак, при работе элемента Якоби-Даниэля протекают следующие процессы:

1) реакция окисления цинка: Zn — 2е ® Zn2+.

Процессы окисления в электрохимии получили название анодных процессов, а электроды, на которых идут процессы окисления, называют анодами;

2) реакция восстановления ионов меди: Сu2+ + 2е « Сu.

Процессы восстановления в электрохимии получили название катодных процессов, а электроды, на которых идут процессы восстановления, называют катодами;

— движение электронов во внешней цепи;

— движение ионов в растворе: анионов (SO4-2) к аноду, катионов (Cu2+, Zn2+) к катоду. Движение ионов в растворе замыкает электрическую цепь гальванического элемента.

Суммируя электродные реакции, получаем:

Zn + Cu2+ = Zn2+ + Сu.

Вследствие этой химической реакции в гальваническом элементе возникает движение электронов во внешней цепи и ионов внутри элемента, т. е. образуется замкнутая электрическая система и в ней возникает электрический ток. Суммарная химическая реакция, протекающая в гальваническом элементе, называется токообразующей.

Электрический ток, возникающий в данной электрохимической системе, численно характеризуется величиной электродвижущей силы (ЭДС) элемента.

Она равна разности электродных потенциалов катода и анода:

(7.3)

В стандартных условиях самопроизвольное протекание химической реакции возможно, когда максимальная полезная работа, совершаемая в результате данной реакции, равна отрицательной величине изменения свободной энергии:

А = -DG0 (7.4)

В гальваническом элементе совершаемая максимальная электрическая работа в стандартных условиях равна ЭДС элемента, умноженной на количество электричества (nF), т. е.

А = nFE0, (7.5)

где n — число электронов, участвующих в реакции;

F — постоянная Фарадея, равная 96500 Кл/моль;

E0 — стандартная ЭДС гальванического элемента (T = 298 К, молярная концентрация электролитов равна 1 моль/дм3). Таким образом, максимальная работа гальванического элемента равна:

А = -DG0 = nFE0. (7.6)

Стандартная ЭДС гальванического элемента равна:

(7.7)

Гальванические элементы в зависимости от природы электродов и концентрации электролитов разделяют на химические и концентрационные.

Химические гальванические элементы — это такие элементы, где электроды и электролиты различны. Примером химического гальванического элемента является элемент Якоби-Даниэля.

Гальванизация как технология: гальваностегия и гальванопластика

Гальваника подходит для улучшения внешнего вида и защиты изделий от механических повреждений, влаги, других неблагоприятных внешних воздействий. При правильной подготовке технологию не слишком сложно воспроизвести без ошибок в домашних условиях.

Гальванические ванны применяют в производственных предприятиях для решения масштабных задач

Суть гальванического процесса

При пропускании постоянного тока через жидкость ионы с отрицательным (положительным) зарядом притягиваются к аноду и катоду, соответственно. При соответствующем составе раствора можно организовать формирование слоя из меди, цинка, других материалов на поверхности электродов. Этот процесс называют гальванированием. Его используют для создания защитных и декоративных поверхностей на обрабатываемых изделиях.

Что такое процесс гальванизации

Выяснив, что такое гальваника, можно приступить к изучению важных подробностей. Если для осаждения используют катод, то анод подбирают из соответствующего материала. Принцип действия – постепенное разрушение для восполнения убыли в растворе рабочих ингредиентов.

Состав среды приходится подбирать так, чтобы минимизировать (исключить полностью) ухудшение качества покрытия из-за наличия определенных примесей. Также надо учесть следующие факторы:

для увеличения эффективности полезных физических и химических процессов пригодится повышение температуры;
понадобится достаточно мощный источник постоянного тока;
чтобы не выполнять некоторые действия вручную, нужны средства контроля и автоматики.

Важно! Так как предполагается организовать производство в домашних условиях, необходимо особое внимание уделить вопросам безопасности.
Цели гальванического покрытия металла
Что это такое гальваника для бытового применения? Теоретически не слишком сложно найти специализированное предприятие, заключить договор, получить готовое изделие с официальными гарантиями. Однако практическое воплощение подобных идей сопряжено с разными трудностями:
оплатой услуг и потерями времени;
отсутствием хороших специалистов или соответствующих производств поблизости;
нежеланием исполнителей для выполнения сравнительно небольшого объема работ перенастраивать имеющееся оборудование.
Только самому можно создать уникальное гальванопокрытие с особыми характеристиками. Технология открывает широкие возможности для индивидуального творчества. Как станет понятно после изучения представленных в публикации данных, технологию получится воспроизвести качественно без чрезмерных затрат.
Гальваническое покрытие – это безупречный внешний вид изделий сложной формы
Фотография наглядно демонстрирует отличное качество обработки мельчайших деталей и труднодоступных участков. Кроме улучшения эстетических параметров, металлогальваника помогает создать на изоляторе слой с низким электрическим сопротивлением.
Нержавейка стоит дорого. Вместо нее повышают стойкость изделий при повышенной влажности с помощью меднения. Технология подходит для изготовления эффектных ювелирных украшений, декоративных и функциональных элементов мебели. С ее помощью упрочняют миниатюрные детали, обеспечивают химическую нейтральность.
В косметологии гальванический разряд малой интенсивности применяют для улучшения функционального состояния кожных покровов, удаления отдельных дефектов
Оборудование для гальваники
Не надо «отбирать хлеб» у владельцев профессиональных салонов красоты. Соответствующие методики выполнять приходится особенно аккуратно, чтобы не нанести вред здоровью. Однако любой обычный человек в состоянии подготовить качественный набор оборудования для решения технических задач.
Главный компонент – надежный и достаточно мощный источник постоянного тока. Пригодятся регулировки в нужном диапазоне напряжения (1-12,5 вольт) и тока (до 50-60 А) с встроенным индикатором измерительного прибора. Значения необходимых электрических параметров подбирают после определения с рабочими настройками технологических операций.
Емкость с подходящими габаритами выбирают из химически нейтрального материала. Подойдет термостойкий пластик. Однако лучше применить стекло с учетом следующих преимуществ:
длительное сохранение потребительских свойств;
прочность, устойчивость к высоким температурам;
простота очистки.
Набор оборудования
Как видно на фото, электроды можно закрепить на стенках. Применение «крокодилов» ускоряет подключение. Для нагрева до нужной температуры пригодится электроплитка с плавной регулировкой мощности. Весы нужны для точной подготовки смеси.
Виды основных гальванических покрытий
Популярной гальванизацией металла является медирование. Привлекают дешевизна исходных ингредиентов, быстрота создания слоя. Электролит создают на основе медного купороса. Созданный слой обладает хорошей электропроводностью. Несложно приобрести электрод из такого металла по разумной цене.
Также используют покрытие:
золотом;
серебром;
хромом;
никелем;
цинком;
оловом.
Многослойные комбинации применяют для получения особых технических и эстетических параметров. В следующих разделах будет показано, как совместное применение нескольких металлов улучшает внешний вид и другие характеристики защитно-декоративного слоя.
Важно! Необходимо учитывать совместимость отдельных материалов. Гальваническая пара медь-алюминий не применяется. Такая комбинация активизирует процесс электрохимической коррозии. Гальванопара в данном случае образует своеобразный источник тока. Величина ЭДС такой «аккумуляторной батареи» определяет скорость разрушительных процессов.
Отдельно следует упомянуть особенности латунирования. В отличие от иных процессов, здесь используют электролит, в котором одновременно присутствуют два главных компонента: цинк и медь. Именно из них создают сплав латунь. В данном примере, с применением электрохимической обработки, тонкий слой наносят на металлическую заготовку.
Особенности гальванического серебрения и золочения
Ниже представлены технологии, которые отличаются сравнительно высокими затратами на расходные материалы. Для серебрения создают раствор на основе хорошо очищенной дистиллированной воды. Добавляют кальцинированную соду, калий железноцианистый и основной ингредиент – хлористое серебро.
Поддерживают сравнительно небольшую (от +18°C до +22°C) температуру рабочей среды. Расчет по току выполняют с учетом плотности на единицу площади электрода. В данном случае хватит 0,1-0,12 А на дм кв. Подойдет анод, изготовленный из графита. Размер его должен быть больше обрабатываемого изделия.
Для нанесения металла на диэлектрик необходимо создание промежуточного проводящего слоя
Этот электролит создают из водного раствора золота, смешанного с кислотой. Рекомендуется тщательная подготовка заготовки. Для улучшения адгезии, кроме тщательной очистки (обезжиривания), применяют погружение в азотнокислую ртуть. Чтобы уменьшить расход ингредиентов и предотвратить брак, сначала применяют меднение.
Важно! Для безопасного использования агрессивных химических соединений необходимо интенсивное проветривание либо выполнение рабочих операций на открытом воздухе.
Особенности гальванизации с различными металлами дома
Ниже приведены нюансы, которые следует учитывать при воспроизведении отдельных технологий.
Никелирование металлических изделий
Для этого процесса применяют повышение температуры (от +24°C до +26°C) и гальванического тока до 1,2 А на дм кв., по сравнению с представленным выше серебрением. Тщательно контролируют водородный показатель. Рекомендованный диапазон pH – от 3 до 6. Прочный слой успеет образоваться за 30-40 мин.
Покрытие медью без погружения
Изделие из стали закрепляют в держателе, подключают к источнику постоянного тока (минус). Кисточку, сделанную из многожильного медного провода, обмакивают в электролит. Этот инструмент подключают к плюсу. Им водят по обрабатываемой части поверхности.
Электрохимическое цинкование
Электролит создают из следующих ингредиентов:
дистиллированная вода – 2 литра;
сернокислый аммоний – 100 г.;
сернокислый цинк – 400 г.;
натрий уксусный – 30 г.
Обработка длительностью 30-40 минут создаст прочный слой, хорошо защищающий детали от коррозии. Этот способ дешевле, чем применение аналогичных деталей из нержавеющей стали.
Хромирование изделий из металла
Для надежности этот слой закрепляют на технологической подложке из никеля. Такое решение не образует гальваническую пару. Повышением температуры увеличивают блеск декоративного покрытия. Прочные покрытия получают при плотности тока более 90 А на дм кв., что сложно обеспечить в домашних условиях.
Гальванические покрытия ГОСТ
Для решения разных задач подходит гальваника, что это такое с точки зрения профессионалов, можно уточнить в специализированных нормативах. Необходимые сведения приведены в официальных стандартах.
Таблица тематических ГОСТов
Номер документа Тематика, особенности
9.309.-86 Создание равномерных покрытий при средней плотности тока не более 5А на дм кв.
9.308-85 Технологии испытаний
12.3.008-75 Правила техники безопасности
9.005-72 Допустимые комбинации металлов, которые не образуют гальванический элемент
9.313-89 Создание покрытий на изделиях из полимерных материалов
9.908-85 Определение коррозийной стойкости для выбора блока гальванической развязки
12.1.007-75 Классификация вредных веществ
ИСО 4042 Создание гальванических покрытий на крепежных изделиях
2789-73 Шероховатость поверхностей
Как подготовить изделие к процедуре
Механической обработкой удаляют окалину, заусенцы, иные дефекты. Для обезжиривания применяют мыльные растворы, спирт, ацетон. В некоторых ситуациях финишное покрытие наносят на один или несколько промежуточных слоев.
Подготовка электролита
Для последующего хранения подбирают тару. Подходящий вариант для «химии» – стеклянная банка с притертой крышкой. Некоторые ингредиенты придется взвешивать с точностью до сотых долей грамма, поэтому понадобятся соответствующие весы.
Следует помнить! Продажа некоторых опасных соединений и веществ запрещена частным лицам.
Материалы, не способные удалить чистящие химикаты
В этом перечне приведены загрязнения, которые сложно или вовсе невозможно устранить обычными моющими средствами:
эпоксидная смола;
асфальт, битум;
шлак и другие дефекты сварочных работ;
синтетическое масло, лаки, краски, иные продукты нефтехимии;
толстый слой жира, стеарина, воска.
Гальванопластика, гальваностегия, патинирование
Гальванопластикой называют технологию копирования. Суть процессов не отличается от приведенных выше описаний. Однако адгезия снижена, чтобы упростить отделение готового изделия от заготовки.
Гальваностегия – это улучшение механических параметров комбинированного слоя. Хром, например, предотвращает повреждение стальных изделий за счет высокой прочности.
Патинирование применяют для изменения декоративных свойств поверхности. В частности, создают искусственно состаренный внешний вид.
Стрелками отмечены участки, созданные по технологии «радужного» патинирования
Гальваническая пара электродов
Гальванические элементы – это проводники, изготовленные из разных материалов. Вторым обязательным условием для данного термина является соединение цепи для обеспечения электрического контакта и образования электродвижущей силы между контактами. Опускание таких деталей в раствор с явно выраженными щелочными (кислотными) характеристиками активизирует коррозию. Чтобы исключить быстрое разрушение, кроме пары медь-алюминий, не рекомендуются следующие комбинации:
титан-алюминий;
олово-серебро;
свинец-платина;
никель-магниевый сплав и др.
Техника безопасности при работах
Обязательно проверяют соответствие сети питания высокой мощности потребления. При необходимости пользуются отдельной линией, которую подключают в электрощитке к отдельному защитному автомату. Источник постоянного тока заземляют. Применяют только исправное оборудование.
Для безопасного выполнения работ лучше использовать гараж, иное техническое помещение, площадку на открытом воздухе. Дополнительно применяют стандартные средства индивидуальной защиты:
резиновые перчатки;
респираторы, марлевые повязки;
прозрачные маски, очки;
одежду с длинными рукавами.
История развития и преимущества гальваники
Основой для технологии является публикация знаменитого итальянца Л. Гальвани «О силах электричества» (1779). Первая рабочая методика создана Б. Якоби в 1838 г. Уже тогда были получены хорошие практические результаты. Многовековое совершенствование процессов обеспечивает в наше время следующие преимущества:
высокая точность обработки даже на сложные по форме изделия;
возможность контроля толщины одного или нескольких слоев;
качественная равномерная структура покрытия;
хорошее сцепление с разными поверхностями;
отличные эстетические характеристики.
Перечисленными плюсами можно пользоваться при правильном выполнении технологических правил. Существенное значение имеет подготовка. Достаточное внимание следует уделять выбору оборудования.
Видео
Теоретические основы нанесения гальванических покрытий. Электролиз.

Цинкование и сплавы цинка — Ц

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На нержавеющей стали

Назад

На чугуне

Назад

На ЦАМ (цинк-алюминий-медные сплавы)

Назад

Оловянирование (лужение) и сплавы олова — О

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На нержавеющей стали

Назад

На меди и ее сплавах

Назад

На деформируемых сплавах алюминия

Назад

На титане

Назад

Анодирование (анодное оксидирование) — Ан.окс

Назад

На деформируемых сплавах алюминия

Назад

На литейных сплавах алюминия

Назад

Серебрение — Ср

Назад

На меди и ее сплавах

Назад

На деформируемых алюминиевых сплавах

Назад

Хромирование и микролегированные сплавы — Х

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На меди и ее сплавах

Назад

Никелирование — Н

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На нержавеющей стали

Назад

На чугуне

Назад

На меди и ее сплавах

Назад

На деформируемых сплавах алюминия

Назад

На литейных сплавах алюминия

Назад

На ЦАМ (цинк-алюминий-медные сплавы)

Назад

На диэлектриках

Назад

Меднение и сплавы меди — М

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На нержавеющей стали

Назад

На чугуне

Назад

На деформируемых сплавах алюминия

Назад

На литейных сплавах алюминия

Назад

На ЦАМ (цинк-алюминий-медные сплавы)

Назад

На диэлектриках

Назад

Свинцевание — С

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

Фосфатирование — Хим.фос

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

Химическое оксидирование — Хим.окс

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На деформируемых сплавах алюминия

Назад

Пассивация — Хим.пас

Назад

На нержавеющей стали

Назад

На меди и ее сплавах

Назад

Травление, осветление

Назад

На деформируемых алюминиевых сплавах

Назад

На литейных алюминиевых сплавах

Назад

Гальваника с порошково-полимерной окраской

Назад

Промышленная экология

Назад

Химические производства

Назад

Изделия из металлизированных природных материалов (электроформинг)

Назад

Художественная гальванопластика

Назад

Промышленная гальванопластика

Назад

Реставрация и сервис гальванических покрытий

Назад

Восстановление деталей оборудования наращиванием

Назад

Восстановление токоведущих шин и электроконтактов

Назад

Токарно-фрезерные работы и сверление

Назад

Обработка металлов давлением

Назад

Резка

Назад

Сварочные работы

Назад

Литейное производство

Назад

Основные термины (понятия) в гальваническом производстве

Цинкование и сплавы цинка — Ц

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На нержавеющей стали

Назад

На чугуне

Назад

На ЦАМ (цинк-алюминий-медные сплавы)

Назад

Оловянирование (лужение) и сплавы олова — О

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На нержавеющей стали

Назад

На меди и ее сплавах

Назад

На деформируемых сплавах алюминия

Назад

На титане

Назад

Анодирование (анодное оксидирование) — Ан.окс

Назад

На деформируемых сплавах алюминия

Назад

На литейных сплавах алюминия

Назад

Серебрение — Ср

Назад

На меди и ее сплавах

Назад

На деформируемых алюминиевых сплавах

Назад

Хромирование и микролегированные сплавы — Х

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На меди и ее сплавах

Назад

Никелирование — Н

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На нержавеющей стали

Назад

На чугуне

Назад

На меди и ее сплавах

Назад

На деформируемых сплавах алюминия

Назад

На литейных сплавах алюминия

Назад

На ЦАМ (цинк-алюминий-медные сплавы)

Назад

На диэлектриках

Назад

Меднение и сплавы меди — М

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На нержавеющей стали

Назад

На чугуне

Назад

На деформируемых сплавах алюминия

Назад

На литейных сплавах алюминия

Назад

На ЦАМ (цинк-алюминий-медные сплавы)

Назад

На диэлектриках

Назад

Свинцевание — С

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

Фосфатирование — Хим.фос

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

Химическое оксидирование — Хим.окс

Назад

На углеродистой стали (черной)

Назад

На деформируемых сплавах алюминия

Назад

Пассивация — Хим.пас

Назад

На нержавеющей стали

Назад

На меди и ее сплавах

Назад

Травление, осветление

Назад

На деформируемых алюминиевых сплавах

Назад

На литейных алюминиевых сплавах

Назад

Гальваника с порошково-полимерной окраской

Назад

Промышленная экология

Назад

Химические производства

Назад

Изделия из металлизированных природных материалов (электроформинг)

Назад

Художественная гальванопластика

Назад

Промышленная гальванопластика

Назад

Реставрация и сервис гальванических покрытий

Назад

Восстановление деталей оборудования наращиванием

Назад

Восстановление токоведущих шин и электроконтактов

Назад

Токарно-фрезерные работы и сверление

Назад

Обработка металлов давлением

Назад

Резка

Назад

Сварочные работы

Назад

Литейное производство

Назад

Токоведущие шины с покрытием

Назад

Цветной крепеж с покрытием

Назад

Химическая продукция

Назад

Жидкие отходы (растворы)

Назад

Гальваношламы

Назад

Основное меню

Назад

О НАС

НАУЧНЫЙ ЦЕНТР

БЕЗОПАСНОСТЬ

ЭКОЛОГИЯ

О ГАЛЬВАНИКЕ

О МЕХОБРАБОТКЕ

ВАКАНСИИ И ЗАКУПКИ

1.1: Гальванические элементы — Chemistry LibreTexts
Цели обучения
Чтобы понять основы гальванических элементов
Для подключения напряжения от гальванического элемента к базовой химии REDOX
В любом электрохимическом процессе электроны переходят от одного химического вещества к другому в результате окислительно-восстановительной (окислительно-восстановительной) реакции. Окислительно-восстановительная реакция происходит, когда электроны переходят от окисляемого вещества к восстанавливаемому.Восстановитель — это вещество, которое теряет электроны и окисляется в процессе; Окислитель — это вещество, которое приобретает электроны и восстанавливается в процессе. Соответствующая потенциальная энергия определяется разностью потенциалов между валентными электронами в атомах разных элементов.
Поскольку восстановление невозможно без окисления и наоборот, окислительно-восстановительная реакция может быть описана как две полуреакции , одна представляет процесс окисления, а другая — процесс восстановления.{-}} \ label {20.3.3} \]
Каждая полуреакция написана, чтобы показать, что на самом деле происходит в системе; \ (\ ce {Zn} \) — это восстановитель в этой реакции (он теряет электроны), а \ (\ ce {Br2} \) — окислитель (он получает электроны). Сложение двух полуреакций дает общую химическую реакцию (Уравнение \ (\ PageIndex {1} \)). Окислительно-восстановительная реакция уравновешивается, когда количество электронов, потерянных восстановителем, равно количеству электронов, полученных окислителем. Как и любое сбалансированное химическое уравнение, весь процесс электрически нейтрален; то есть чистый заряд одинаков для обеих сторон уравнения.
В любой окислительно-восстановительной реакции количество электронов, потерянных восстановителем, равно количеству электронов, полученных окислителем.
В большинстве наших обсуждений химических реакций мы предполагали, что реагенты находятся в тесном физическом контакте друг с другом. Кислотно-основные реакции, например, обычно проводят с кислотой и основанием, диспергированными в одной фазе, такой как жидкий раствор. Однако с помощью окислительно-восстановительных реакций можно физически разделить полуреакции окисления и восстановления в космосе при условии, что существует полная цепь, включая внешнее электрическое соединение, такое как провод, между двумя полуреакциями.По мере развития реакции электроны текут от восстановителя к окислителю через это электрическое соединение, производя электрический ток, который можно использовать для выполнения работы. Устройство, которое используется для выработки электричества в результате спонтанной окислительно-восстановительной реакции или, наоборот, использует электричество для запуска неспонтанной окислительно-восстановительной реакции, называется электрохимическим элементом .
Есть два типа электрохимических ячеек: гальванические ячейки и электролитические ячейки. Гальванические клетки названы в честь итальянского физика и врача Луиджи Гальвани (1737–1798), который наблюдал, как рассеченные мышцы ног лягушки подергиваются при воздействии небольшого электрического разряда, демонстрируя электрическую природу нервных импульсов.Гальванический (гальванический) элемент использует энергию, выделяемую во время спонтанной окислительно-восстановительной реакции (\ (ΔG <0 \)), для выработки электричества. Этот тип электрохимического элемента часто называют гальваническим элементом в честь его изобретателя, итальянского физика Алессандро Вольта (1745–1827). Напротив, электролитическая ячейка потребляет электроэнергию от внешнего источника, используя ее для возникновения неспонтанной окислительно-восстановительной реакции (ΔG> 0). Оба типа содержат два электрода , которые представляют собой твердые металлы, подключенные к внешней цепи, которая обеспечивает электрическое соединение между двумя частями системы (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)).Полуреакция окисления происходит на одном электроде (анод , ), а полуреакция восстановления происходит на другом (катод , ). Когда цепь замкнута, электроны текут с анода на катод. Электроды также соединены электролитом, ионным веществом или раствором, который позволяет ионам перемещаться между отсеками электродов, тем самым поддерживая электрическую нейтральность системы. В этом разделе мы сосредоточимся на реакциях, происходящих в гальванических элементах.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Электрохимические ячейки. Гальванический элемент (слева) преобразует энергию, выделяемую в результате спонтанной окислительно-восстановительной реакции, в электрическую энергию, которую можно использовать для выполнения работы. Окислительные и восстановительные полуреакции обычно протекают в отдельных отсеках, которые соединены внешней электрической цепью; кроме того, второе соединение, которое позволяет ионам перемещаться между отсеками (показано здесь вертикальной пунктирной линией, обозначающей пористый барьер), необходимо для поддержания электрической нейтральности.Разность потенциалов между электродами (напряжение) заставляет электроны течь от восстановителя к окислителю через внешнюю цепь, генерируя электрический ток. В электролитической ячейке (справа) внешний источник электрической энергии используется для создания разности потенциалов между электродами, которая заставляет электроны течь, вызывая неспонтанную окислительно-восстановительную реакцию; в большинстве приложений используется только один отсек. В обоих типах электрохимических ячеек анод является электродом, на котором происходит полуреакция окисления, а катод является электродом, на котором происходит полуреакция восстановления.{2+} (водн.) + Cu (s)} \ label {20.3.4} \]
Эту реакцию можно вызвать, вставив цинковый стержень в водный раствор сульфата меди (II). По мере протекания реакции цинковый стержень растворяется, и образуется масса металлической меди. Эти изменения происходят спонтанно, но вся выделяемая энергия находится в форме тепла, а не в форме, которую можно использовать для работы.
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Реакция металлического цинка с водными ионами меди (II) в отдельном отсеке.Когда цинковый стержень вставляется в химический стакан, содержащий водный раствор сульфата меди (II), происходит спонтанная окислительно-восстановительная реакция: цинковый электрод растворяется с образованием ионов Zn ² ⁺ (водн.), А Cu ² Ионы ⁺ (водн.) Одновременно восстанавливаются до металлической меди. Реакция происходит так быстро, что медь осаждается в виде очень мелких частиц, которые кажутся черными, а не обычным красноватым цветом меди. (youtu.be/2gPRK0HmYu4)
Эту же реакцию можно провести с помощью гальванического элемента, показанного на рисунке \ (\ PageIndex {3a} \).Для сборки ячейки медная полоска помещается в стакан, содержащий 1 М раствор ионов Cu ² ⁺, а цинковая полоска вставляется в другой стакан, содержащий 1 М раствор Zn ². ⁺ ионов. Две металлические полоски, которые служат в качестве электродов, соединены проводом, а отсеки соединены солевым мостиком , U-образной трубкой, вставленной в оба раствора, которые содержат концентрированный жидкий или гелеобразный электролит.Ионы в солевом мостике выбираются так, чтобы они не мешали электрохимической реакции, окисляясь или восстанавливаясь сами или образуя осадок или комплекс; обычно используемые катионы и анионы — это Na ⁺ или K ⁺ и NO ₃ ^— или SO ₄ ^2- соответственно. (Ионы в солевом мостике не обязательно должны быть такими же, как и в окислительно-восстановительной паре в любом из отсеков.) Когда контур замкнут, происходит самопроизвольная реакция: металлический цинк окисляется до ионов Zn ² ⁺ при цинковый электрод (анод) и ионы Cu ² ⁺ восстанавливаются до металлической меди на медном электроде (катоде).По мере развития реакции полоска цинка растворяется, и концентрация ионов Zn ² ⁺ в растворе Zn ² ⁺ увеличивается; одновременно медная полоска набирает массу, и концентрация ионов Cu ² ⁺ в растворе Cu ² ⁺ уменьшается (рисунок \ (\ PageIndex {3b} \)). Таким образом, мы провели ту же реакцию, что и с использованием одного стакана, но на этот раз окислительная и восстановительная полуреакции физически отделены друг от друга.Электроны, которые высвобождаются на аноде, проходят через провод, создавая электрический ток. Таким образом, гальванические элементы преобразуют химическую энергию в электрическую, которую затем можно использовать для работы.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Реакция металлического цинка с водными ионами меди (II) в гальванической ячейке. (a) Гальванический элемент можно сконструировать, поместив медную полоску в стакан, содержащий 1 M водный раствор ионов Cu ² ⁺, и полоску цинка в другой стакан, содержащий 1 M водный раствор Zn. ² ⁺ ионов.Две металлические полоски соединены проводом, по которому течет электричество, а мензурки соединены солевым мостиком. Когда переключатель замкнут для замыкания цепи, цинковый электрод (анод) самопроизвольно окисляется до ионов Zn ² ⁺ в левом отсеке, а ионы Cu ² ⁺ одновременно восстанавливаются до металлической меди при медный электрод (катод). (b) По мере прохождения реакции анод из цинка теряет массу, поскольку он растворяется с образованием ионов Zn ² ⁺ (водн.), в то время как катод Cu набирает массу по мере восстановления ионов Cu ² ⁺ (водн.). к металлической меди, которая нанесена на катод.
Электролит в солевом мостике служит двум целям: он замыкает цепь, неся электрический заряд, и поддерживает электрическую нейтральность в обоих растворах, позволяя ионам перемещаться между ними. Идентичность соли в солевом мостике не важна, пока составляющие ионы не вступают в реакцию или не подвергаются окислительно-восстановительной реакции в рабочих условиях ячейки. Без такого соединения общий положительный заряд в растворе Zn ² ⁺ увеличился бы по мере растворения металлического цинка, а общий положительный заряд в растворе Cu ² ⁺ уменьшился бы.Солевой мостик позволяет нейтрализовать заряды потоком анионов в раствор Zn ² ⁺ и потоком катионов в раствор Cu ² ⁺. В отсутствие солевого мостика или какой-либо другой подобной связи реакция быстро прекратится, поскольку электрическая нейтральность не может быть сохранена.
Вольтметр можно использовать для измерения разницы электрических потенциалов между двумя отсеками. Открытие переключателя, который соединяет провода с анодом и катодом, предотвращает протекание тока, поэтому химическая реакция не происходит.Однако при замкнутом переключателе внешняя цепь замкнута, и электрический ток может течь от анода к катоду. Потенциал (\ (E_ {cell} \)) ячейки, измеренный в вольтах, представляет собой разность электрических потенциалов между двумя полуреакциями и связан с энергией, необходимой для перемещения заряженной частицы в электрическом поле. . В описанной нами ячейке вольтметр показывает потенциал 1,10 В (рисунок \ (\ PageIndex {3a} \)). Поскольку электроны из полуреакции окисления высвобождаются на аноде, анод в гальваническом элементе заряжается отрицательно.Катод, притягивающий электроны, заряжен положительно.
Не все электроды подвергаются химическому превращению во время окислительно-восстановительной реакции. Электрод может быть изготовлен из инертного металла с высокой проводимостью, такого как платина, чтобы предотвратить его реакцию во время окислительно-восстановительного процесса, где он не проявляется в общей электрохимической реакции. Это явление проиллюстрировано в Примере \ (\ PageIndex {1} \).
Гальванический (гальванический) элемент преобразует энергию, выделяемую в результате спонтанной химической реакции , в электрическую энергию.Электролитическая ячейка потребляет электроэнергию от внешнего источника для запуска несамопроизвольной химической реакции .
Пример \ (\ PageIndex {1} \)
Химик построил гальванический элемент, состоящий из двух стаканов. Один стакан содержит полоску олова, погруженную в водный раствор серной кислоты, а другой — платиновый электрод, погруженный в водный раствор азотной кислоты. Два раствора соединены солевым мостиком, а электроды соединены проволокой.{2+} (водн.) + 2НО (г) + 4х3О (л)} \ nonumber \]
Для этого гальванического элемента
запишите половину реакции, которая происходит на каждом электроде.
указывают, какой электрод является катодом, а какой — анодом.
указывает, какой электрод является положительным электродом, а какой — отрицательным.
Дано: гальванический элемент и окислительно-восстановительная реакция
Запрошено: полуреакций, идентичность анода и катода и назначение электродов как положительное или отрицательное
Стратегия:
Укажите полуреакцию окисления и полуреакцию восстановления.Затем определите анод и катод по полуреакции, которая происходит на каждом электроде.
По направлению потока электронов назначьте каждый электрод положительным или отрицательным.
Решение
A В полуреакции восстановления нитрат восстанавливается до оксида азота. (Оксид азота затем реагировал бы с кислородом воздуха с образованием NO ₂ с его характерным красно-коричневым цветом.) В полуреакции окисления металлическое олово окисляется.{-}} \ nonumber \]
Таким образом, нитрат восстанавливается до NO, а оловянный электрод окисляется до Sn ² ⁺.
Поскольку реакция восстановления происходит на платиновом электроде, это катод. Наоборот, реакция окисления происходит на оловянном электроде, то есть на аноде.
B Электроны текут от оловянного электрода через проволоку к платиновому электроду, где они переходят в нитрат. Электрическая цепь замыкается солевым мостиком, который обеспечивает диффузию катионов к катоду и анионов к аноду.{-}} \ end {align *} \]
Ответ б
Pt электрод в растворе перманганата является катодом; анод в растворе олова.
Ответ c
Катод (электрод в стакане с раствором перманганата) положительный, а анод (электрод в стакане, который содержит раствор олова) — отрицательный.
Построение диаграмм ячеек (обозначение ячеек)
Поскольку описать словами любой гальванический элемент несколько затруднительно, были разработаны более удобные обозначения.В этой линейной записи, называемой диаграммой ячейки, идентичность электродов и химический состав отсеков указываются их химическими формулами, причем анод написан слева, а катод — справа. Фазовые границы показаны одиночными вертикальными линиями, а солевой мостик, имеющий две фазовые границы, — двойной вертикальной линией. Таким образом, диаграмма ячейки для ячейки \ (\ ce {Zn / Cu} \) показана на рисунке
Электродный потенциал и гальваническая коррозия
Разность потенциалов между анодом и катодом может быть измерена устройством измерения напряжения, но поскольку Абсолютный потенциал анода или катода нельзя измерить напрямую — все измерения потенциала проводятся относительно стандартного электрода.Стандартный электродный потенциал установлен на ноль, и измеренная разность потенциалов может считаться абсолютной.
Стандартный водородный электрод
Полуячейка, в которой происходит реакция водорода, называется стандартным водородным электродом — SHE
Стандартный электродный потенциал
Измеренная разность потенциалов между металлом M и Стандартный водородный электрод — SHE
Электрохимический ряд (электродвижущий ряд) представляет собой список металлов, упорядоченных в порядке их стандартных потенциалов относительно водородного электрода:
Элемент Электродный потенциал
(вольт )
Литий -3.04
Рубидий -2,92
Калий -2,92
Кальций -2,87
Барий -280 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 Магний -2,37
Бериллий -1,85
Алюминий -1,67
Марганец -1.19
Цинк -0,76
Хром -0,74
Вольфрам -0,58
C Кобальт -0,28
Никель -0,24
Олово -0,14
Свинец -0,13
Водород +00
Сурьма +0,10
Медь +0,34
Йод +0,54
Серебро 9033 9033 9033 9033 Бром +1.07
Платина +1.20
Хлор +1.36
Золото +1.50
Фтор +2,87
Примечание! — металлы выше в электрохимическом ряду вытесняют металлы ниже в ряду — это означает, что при соединении двух металлов с разными потенциалами металл с самым низким потенциалом корродирует.
Проблема коррозии при соединении меди и железа / стали
Очень часто в системах трубопроводов используются соединения из меди и железа / стали. при таком соединении железо / сталь корродирует во много раз быстрее, чем , чем одно железо / сталь.
Гальванические электроды — Большая химическая энциклопедия
Важно отметить, что полярографический и гальванический электроды измеряют напряжение кислорода в среде, в которой они находятся (Doran, 2013). Таким образом, когда электрод помещается в жидкость, он измеряет не растворенный кислород, а скорее парциальное давление растворенного кислорода, которое пропорционально кислороду … [Стр.33]
Рис. 4.3 Схематическое изображение типичной конструкции ( а) полярографические и б) гальванические электроды.По материалам Linek (1988).
Определите потенциал гальванического электрода для ячейки, показанной на рисунке 2.4, используя межфазные потенциалы, участвующие в электрохимическом процессе. [Pg.68]
После термообработки в течение нескольких часов на электроды наносят распылением базовый слой Ni / Cr или NiAVi толщиной 50 нм с последующим нанесением слоя Au толщиной 1,5 мкм, созданного путем гальванизации. [Pg.841]
Гальванические элементы, в которых хранящиеся химические вещества могут реагировать по требованию для выработки электрического тока, называются первичными элементами.Реакция разряда необратима, и содержимое, когда оно исчерпано, должно быть заменено или ячейка выброшена. Примерами являются сухие элементы, активирующие небольшие приборы. В некоторых гальванических ячейках (называемых вторичными ячейками), однако, реакция обратима, то есть приложение электрического потенциала через электроды в противоположном направлении восстановит реагенты до их высокоэнтальпийного состояния. Примерами являются аккумуляторные батареи для бытовой техники, автомобилей и многих промышленных приложений.Электролитические ячейки — это реакторы, на которых базируются электрохимические процессы, гальваника и электролизная промышленность. [Pg.2409]
ТАБЛИЦА 28-1 b Гальваническая серия в морской воде (приблизительно) / Вольт по сравнению с Sat Calomel Ref Electrode … [Pg.2418]
Экстраполяция тафеля Коррозия — это электрохимическая реакция металла и его окружение. Когда происходит коррозия, ток, протекающий между отдельными небольшими анодами и катодами на поверхности металла, вызывает изменение электродного потенциала системы.Хотя этот ток невозможно измерить, его можно оценить косвенно на металлическом образце с инертным электродом и внешней электрической цепью. Pmarization описывается как степень изменения потенциала электрода от его равновесного потенциала, вызванного чистым током, протекающим к или от электрода, гальваническим или напряженным (рис. 28-7). [Pg.2429]
Рис. 5-4 Токи в ячейках между образцом с покрытием (5 = 300 см) и стальным электродом без покрытия (5 = 1,2 см) в растворах NaCl при 25 ° C.Стальной лист, подвергнутый дробеструйной обработке, 150 ПВА EP-tar. Правый горячеоцинкованный стальной лист, 150 мкм EP-tar.
Измерения потенциала были выполнены в подходящее время на площадках с гальваническими анодами после ввода конструкций в эксплуатацию. Там, где была установлена защита от наложенного тока, потенциал, а также анодный ток измерялись фиксированными встроенными измерительными электродами во время периода ввода в эксплуатацию. [Pg.385]
Метод подаваемого тока с ниобиевыми анодами, покрытыми оксидом металла, обычно используется для внутренней защиты (см. Раздел 7.2.3). В резервуарах меньшего размера также можно использовать гальванические аноды из цинка. Должен быть предусмотрен потенциальный контроль, чтобы избежать недопустимо отрицательных потенциалов. Электроды из чистого цинка служат в качестве электродов для контроля и управления на открытых участках, которые необходимо подвергать анодной очистке в процессе эксплуатации. Электроды Ag-AgCl используются для проверки этих электродов сравнения. [Pg.468]
Гальванический зонд непрерывно контролирует коррозионные характеристики бурового раствора. Зонд (рисунок 4-473) состоит из двух разнородных металлических электродов, обычно из латуни и стали.Электроды установлены, но изолированы … [Pg.1312]
Металл с более отрицательным потенциалом коррозии в преобладающих условиях окружающей среды (обратите внимание, что стандартные электродные потенциалы применимы редко, а гальваническая серия может вводить в заблуждение). .. [Стр.153]
В области сварных швов может возникнуть серьезная точечная коррозия, особенно в морской воде. Сообщается, что в сварных соединениях ледоколов скорость коррозии достигает 10 мм / год. Сильная коррозия объясняется гальваническими эффектами между металлом шва и стальной пластиной.Сообщается, что использование для сварки электродов более высокого качества позволяет решить эту проблему. [Pg.499]
Стандартный электродный потенциал гальванических элементов
Все потенциалы металлов в их 1 моль растворе соли U связаны со стандартным или нормальным водородным электродом (NHE). Для измерения водородный полуэлемент объединяется с другим полуэлементом, образуя гальванический элемент. Измеренное напряжение называется нормальным потенциалом или стандартным электродным потенциалом E ° металла.Если металлы ранжируются в соответствии с их нормальным потенциалом, полученный порядок называется электрохимическим -… [Pg.7]
Chemistry Video Consortium, Practical Laboratory Chemistry, Educational Media Film and Video Ltd, Harrow, Essex, UK — Electrochemical методы (использование гальванических ячеек, использование кондуктометрических ячеек, определение стандартных электродных потенциалов, определение продуктов растворимости, термодинамических характеристик ячеек, кондуктометрическое титрование и использование автоматического титратора). [Стр.248]
Ссылаясь на список стандартных электродных потенциалов, например, в таблице 8.3, говорят об электрохимическом ряду, а металлы, расположенные ниже в рядах (с потенциалами положительного электрода), называются благородными металлами. Любая комбинация полуреакций в электрохимическом элементе, которая дает отличное от нуля значение E, может использоваться в качестве гальванического элемента (то есть батареи). Если реакция вызывается приложенным внешним потенциалом, мы говорим об электролитической ячейке. Восстановление происходит на катоде, а окисление — на аноде.Реакции восстановления в таблице 8.3 упорядочены по возрастанию потенциала или значений pe. Окислитель в реакциях с последним pe (или E °) может окислять восстановитель при более низком pe (или), и наоборот, например, комбинируя полуреакции, мы получаем общую окислительно-восстановительную реакцию … [Pg.445]
Стандартный потенциал электрода иногда называют стандартным потенциалом восстановления, потому что он указан по полуреакциям восстановления. Однако вольтметр не пропускает ток в ячейке во время измерения.Следовательно, условия не являются ни гальваническими, ни электролитическими — ячейка находится в равновесии. В результате указанные в таблице полуреакции показаны как обратимые. Если реакция протекает в обратном направлении, как полуреакция окисления, Е ° будет иметь противоположный знак. [Pg.640]
Мы можем использовать стандартные электродные потенциалы и уравнение Нернста для расчета потенциала, получаемого от гальванической ячейки, или потенциала, необходимого для работы электролитической ячейки. Вычисленные потенциалы (иногда называемые термодинамическими потенциалами) являются теоретическими в том смысле, что они относятся к ячейкам, в которых нет тока.Как мы показываем в главе 22, при наличии тока необходимо учитывать дополнительные факторы. [Pg.523]
Стандартные электродные потенциалы от гальванических элементов без жидкостных переходов … [Pg.181]
Это условие выполняется в методе, называемом внутренним электролизом (или спонтанным электрогравиметрическим анализом), впервые описанном Ульгреном в 1868 г. в котором электролиз происходит путем самопроизвольного разряда гальванического элемента. Чтобы проиллюстрировать принцип, рассмотрим два полуэлемента, состоящие из цинкового стержня в растворе сульфата цинка и медного стержня в растворе сульфата меди.При разомкнутой цепи, 25 ° C, обратимый потенциал ячейки связан с двумя стандартными потенциалами электрода (E °) … [Pg.898]
Чтобы определить стандартный электродный потенциал для металла, гальванический элемент спроектирован так, что полуячейка образована куском металла, погруженным в раствор, который содержит 1,00 M ионов этого металла, и одной полуячейкой с условным обозначением потенциала, равным нулю вольт. Этот электрод называется стандартным водородным электродом (SHE), и он состоит из платинового электрода, через который барботируется газ Hj при давлении 1 атм, погруженный в раствор, содержащий 1.00 M иона гидроксония при 25 ° C. [Pg.64]
Путем разработки различных гальванических ячеек и измерения их электродвижущих сил можно построить таблицы значений стандартных электродных потенциалов. Таблица, в которой указано значение электродного потенциала для любой полуячейки, в которой все концентрации являются IM, а все газы находятся под давлением 1 атм, представляет собой таблицу стандартного восстановительного потенциала (таблица 3.2). По соглашению, приведенные в таблице значения представляют собой стандартные восстановительные потенциалы по отношению к потенциалу стандартного водородного электрода, который определяется как ровно ноль вольт.Анализ данных из таблицы 3.2 подчеркивает некоторые важные аспекты. [Pg.65]
ГЛАВА 14 ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЯЧЕЙКИ 14.6 Стандартные электродные потенциалы … [Pg.464]
Уравнение 14.6.3 является общим соотношением, применимым к любому гальваническому элементу. Должно быть очевидно, что мы можем использовать это соотношение для вычисления стандартного электродного потенциала одного электрода из стандартного электродного потенциала другого электрода и стандартного потенциала ячейки, содержащей оба электрода.Ни один из электродов не должен быть водородным, с которым сложно работать экспериментально. [Pg.466]
Проблема с составлением списка стандартных потенциалов состоит в том, что мы знаем только полную ЭДС ячейки, а не вклад одного электрода. Вольтметр, помещенный между двумя электродами гальванической ячейки, измеряет разность их потенциалов, а не отдельные значения. Чтобы получить числовые значения для отдельных стандартных потенциалов, мы произвольно устанавливаем стандартный потенциал одного конкретного электрода, водородного электрода, равным нулю при всех температурах… [Pg.618]
Студенту дали стандартную полуячейку Fe (s) Fe2 + (водн.) И другую полуячейку, содержащую неизвестный металл M, погруженный в 1,00 M MNO (водн.). Когда эти две полуячейки были соединены при 25 ° C, полная ячейка функционировала как гальваническая ячейка с E = +1,24 В. Реакции позволяли продолжаться в течение ночи, и два электрода взвешивали. Железный электрод оказался легче, а неизвестный металлический электрод — тяжелее. Каков стандартный потенциал неизвестной пары МТ / М… [Pg.642]
Гальванический элемент цинк-медь находится в стандартных условиях, когда концентрация каждого иона составляет 1,00 M, как показано на Рисунке 19-13. Потенциал ячейки в этих условиях можно определить, подключив электроды к вольтметру. Измеренный потенциал составляет 1,10 В, с цинковым электродом с более высоким (более отрицательным) потенциалом, поэтому Zn отдает электроны и E eii = 1,10 В … [Pg.1382]
Гальванический элемент может быть изготовлен из цинка. электрод погружают в раствор сульфата цинка, а железный электрод — в раствор сульфата железа (II).Каков стандартный потенциал этого элемента и каково его спонтанное направление при стандартных условиях … [Pg.1386]
Гальванические элементы и уравнение Нернста
Учебное пособие по электрохимии: гальванические элементы и уравнение Нернста >> Шаг 2: электрохимический элемент
Шаг 2. Электрохимический элемент
В видеоролике на предыдущей странице, когда цинковая полоска помещается в раствор с ионами Cu ²⁺, происходит следующая самопроизвольная окислительно-восстановительная реакция:
Zn _(s) + Cu ²⁺ _(водн.) -> Zn ²⁺ _(водн.) + Cu _(s) Полная окислительно-восстановительная реакция
В этой окислительно-восстановительной реакции электроны передаются от Zn к Cu ²⁺.Ранее мы писали полуреакции, иллюстрирующие природу этого электронного потока:
Zn _(s) -> Zn ²⁺ _(водн.) + 2 e ^— Окисление
Cu ²⁺ _(водн.) + 2 e ^— -> Cu _(s) Редукция
Электрохимическая ячейка заставляет электроны проходить через провод, когда они переходят от Zn к ионам Cu ²⁺.
Электрохимическая ячейка состоит из двух «полуячейков», которые соответствуют каждой из вышеуказанных реакций полуячейки. Для полуячейки, соответствующей В реакции окисления полоску металлического Zn помещают в раствор ионов Zn ²⁺. Для восстановительной полуячейки полоса металлической Cu помещается в раствор ионов Cu ²⁺. Затем мы соединяем эти клетки вместе (используя провод и солевой мостик), чтобы создать электрическую цепь. Продолжение видео объясняет эту установку и подробно описывает процесс на молекулярном уровне:

После просмотра видео заполните приведенную ниже схему, чтобы определить ключевые компоненты электрохимической ячейки:
Имейте в виду, что в электрохимической ячейке в растворе перемещаются только ионы.Электроны перемещаются между электродами на проводе и никогда не попадают в раствор. Электрический ток в цепи поддерживается электронами, движущимися по проводам, и ионами, движущимися через раствор.

В нашей лаборатории мы будем использовать ячейку Карру, которая обеспечивает более удобное средство для проведения экспериментов с электрохимическими ячейками. Ячейка Карроу имеет количество лунок, которые служат указанными выше стаканами. В каждой из внешних ячеек находится по полуячейке. Соляной мост, соединяющий два из этих внешних колодцев, проходит через центр хорошо.Для этого заполните центральную лунку солевым раствором и с помощью бумаги соедините каждую из внешних лунок с центральной лункой. Бумага смочена солевым раствором, чтобы ионы могли проходить через бумагу. (См. Изображение справа).
На изображениях справа показано, как выглядит клетка кару в лаборатории и как мы изобразили ее схематично. На схеме показана ячейка для спонтанной реакции между металлическим Zn и ионами Pb ²⁺:
Zn _(s) + Pb ²⁺ _(водн.) -> Zn ²⁺ _(водн.) + Pb _(s) Полная окислительно-восстановительная реакция
Мы можем понять направление потока электронов, разбив его на половинные реакции:
Zn _(s) -> Zn ²⁺ _(водн.) + 2 e ^— Окисление
Pb ²⁺ _(водн.) + 2 e ^— -> Pb _(s) Редукция
Электроны покидают полуячейку Zn и направляются к полуячейке Pb.Удобное сокращенное обозначение для этого:
Zn (s) | Zn ²⁺ (водн.) || Pb ²⁺ (водн.) | Пб (т)
В этом обозначении анод, или полуячейка окисления, находится слева, а катод, или полуячейка восстановления — справа. Двойная вертикальная линия || представляет солевой мостик, а одиночная вертикальная линия представляет фазовую границу между твердым металлом и его солевым раствором.
Вольтметр используется для измерения потенциала или напряжения электрохимической ячейки.Вольтметры имеют положительную и отрицательную клеммы, и, как правило, красный провод подключается к положительной клемме, а черный провод — к отрицательной клемме. Знак показания вольтметра указывает нам самопроизвольное направление потока электронов. В ячейке: Zn (s) | Zn ²⁺ (водн.) || Pb ²⁺ (водн.) | Pb (s) , спонтанная окислительно-восстановительная реакция соответствует потоку электронов от Zn к полуячейке Pb. Если черный провод подключен к Zn-электроду, а красный провод подключен к Pb-электроду, то вольтметр покажет положительное значение.Если мы изменим это положение, подключив черный провод к Pb-электроду, а красный провод к Zn-электроду, то вольтметр покажет отрицательное значение. Помните: если вольтметр показывает положительное значение, то самопроизвольное направление потока электронов — от черного провода к красному. Обычно в электрохимии используются термины «анод и катод». Электроны текут от анода (источника электронов или источника электронов) к катоду (приемнику электронов или приемнику электронов). Если вольтметр показывает положительное значение, черный провод находится на аноде, а красный провод — на катоде.
Вольтаические или гальванические элементы против электролитических элементов
Автор: Редакция | Обновлено: 18 ноября 2017 г.
Гальванические или гальванические элементы и электролитические элементы являются электрохимическими элементами. Электрохимические ячейки — это устройства, которые преобразуют химическую энергию в электрическую. Есть множество применений, связанных с электрохимическими ячейками. Гальванические или гальванические элементы и электролитические элементы — это слова, которые мы не слышим каждый день, но мы постоянно используем их.В этой статье мы определим их и опишем, чем они отличаются.
Сводная таблица
дает электричество
Гальванические или гальванические элементы Электролитические элементы
Преобразует химическую энергию в электрическую Преобразует электрическую энергию в химическую энергию
Вызывает химическую реакцию за счет электроэнергии
Окислительно-восстановительная реакция является спонтанной Окислительно-восстановительная реакция вызывается внешним источником электроэнергии
Анодом является отрицательный электрод Анод является положительным электродом
Катодом является положительный электрод Катод — отрицательный электрод
Описание
Гальванический или гальванический элемент
Гальванический элемент — это электрохимическое устройство, которое вырабатывает электрическую энергию в результате спонтанной реакции восстановления-окисления, также вела окислительно-восстановительную реакцию.Окислительно-восстановительная реакция — это химическая реакция, при которой один реагент теряет электроны (реакция окисления), а другой реагент приобретает электроны (реакция восстановления).
Гальванический элемент обычно изготавливается из двух разных металлов; каждый из них отдельно погружен в ионные растворы соответствующего металла и соединен между собой солевым мостиком. Металлы называются электродами. Один электрод называется анодом и является местом, где происходит процесс окисления. Поскольку реагент на этом электроде высвобождает электроны, во время реакции будет нарастать отрицательный заряд.
В гальваническом элементе анод также называется отрицательным электродом. Другой электрод называется катодом, и именно здесь происходит реакция восстановления. На этом электроде реагент потребляет электроны, оставляя чистый положительный заряд. Катод тогда называется положительным электродом для гальванических элементов. Из-за накопления зарядов на каждом электроде соединение электродов с проводником замыкает цепь и инициирует ток через цепь.
Гальванический элемент получил свое название от итальянского ученого Алессандро Вольта.Volta разработала первую батарею, которая состояла из стопки медных и цинковых дисков, разделенных картоном, пропитанным соленой водой. Строго говоря, батарея определяется как группа из более чем одного отдельного гальванического элемента, электрически соединенного последовательно. Каждая единица медь-картон-цинк представляет собой отдельную ячейку, а гальваническая батарея — это батарея.
Применения включают щелочные батареи с сухими элементами, в которых диоксид марганца (MnO2) используется в качестве катода, а цинк (Zn) — в качестве анода. В мобильных телефонах обычно используются литий-ионные батареи, в которых в качестве анода используется литий.Другой пример гальванического элемента — свинцово-кислотный аккумулятор, который чаще всего используется в качестве автомобильного аккумулятора. В них используется свинец (Pb) в качестве анода и диоксид свинца (PbO2) в качестве катода с серной кислотой (h3SO4) в качестве раствора электролита.
Гальванический элемент — это просто другое название гальванического элемента и может использоваться как взаимозаменяемые. Он получил свое название от другого итальянского ученого, Луиджи Гальвани. Он был первым, кто обнаружил, что когда два разных металла, соединенных друг с другом, одновременно касаются разных точек на нервах лягушки, это может вызвать сокращение мышц ног.Это дало возможность Вольте исследовать и разработать гальваническую батарею, упомянутую ранее.
Электролитическая ячейка
Электролитическая ячейка — это устройство, которое вызывает окислительно-восстановительные реакции путем подачи электрической энергии. Электролитическая ячейка обычно состоит из двух электродов и водного раствора растворенных ионов, также называемого электролитом. В электролитической ячейке напряжение, приложенное к электродам, вызывает окислительно-восстановительную реакцию, когда ионы в электролите притягиваются к электроду с противоположным зарядом.В электролитических ячейках катод несет отрицательный заряд, а анод — положительный. Это связано с тем, что реакция восстановления происходит, когда электроны вытесняются в систему внешним электрическим источником, заставляя ионы приобретать электроны. По определению, катод — это электрод, на котором происходит процесс восстановления. Обратное верно для другого электрода, анода, где происходит реакция окисления. Для запуска и поддержания окислительно-восстановительной реакции в электролитической ячейке всегда требуется внешний источник напряжения.
Типичным применением электролитических ячеек является электролиз, примером которого является разделение воды на кислород и водород. В процессе электролиза на аноде образуются пузырьки кислорода, а на катоде — водород. Другое практическое применение — гальваника. Металл, на который наносится покрытие, помещается на катод, а металл, используемый для покрытия, помещается на анод. Растворенные ионы металлического покрытия осаждаются на целевом металле у катода. При разрядке аккумуляторные батареи действуют как гальванические элементы, а при перезарядке — как электролитические элементы.
Гальванические или гальванические элементы и электролитические элементы
В чем разница между гальваническими или гальваническими элементами и электролитическими элементами? Гальванические или гальванические элементы преобразуют химическую энергию в электрическую и вырабатывают электричество в результате химической реакции. Электролитические ячейки, с другой стороны, преобразуют электрическую энергию в химическую, тем самым вызывая химическую реакцию с помощью электрической энергии. Окислительно-восстановительная реакция в гальванических или гальванических элементах является спонтанной, в то время как окислительно-восстановительная реакция в электролитических ячейках вызывается внешним источником электрической энергии.В гальванических или гальванических элементах анод является отрицательным электродом, а катод — положительным электродом. И наоборот, в электролитических ячейках анод является положительным электродом, а катод — отрицательным электродом.

гальванический электрод — это… Что такое гальванический электрод?

Смотреть что такое «гальванический электрод» в других словарях:

Основные типы электродов и гальванических элементов. — МегаЛекции

Гальванический элемент. Понятие ЭДС. Элемент Даниэля-Якоби — Студопедия

Гальванизация как технология: гальваностегия и гальванопластика

Суть гальванического процесса

Что такое процесс гальванизации

Цели гальванического покрытия металла

Оборудование для гальваники

Виды основных гальванических покрытий

Особенности гальванического серебрения и золочения

Особенности гальванизации с различными металлами дома

Никелирование металлических изделий

Покрытие медью без погружения

Электрохимическое цинкование

Хромирование изделий из металла

Гальванические покрытия ГОСТ

Как подготовить изделие к процедуре

Подготовка электролита

Материалы, не способные удалить чистящие химикаты

Гальванопластика, гальваностегия, патинирование

Гальваническая пара электродов

Техника безопасности при работах

История развития и преимущества гальваники

Видео

Теоретические основы нанесения гальванических покрытий. Электролиз.

Основные термины (понятия) в гальваническом производстве

1.1: Гальванические элементы — Chemistry LibreTexts

Построение диаграмм ячеек (обозначение ячеек)

Электродный потенциал и гальваническая коррозия

Стандартный электродный потенциал

Проблема коррозии при соединении меди и железа / стали

Гальванические электроды — Большая химическая энциклопедия

Стандартный электродный потенциал гальванических элементов

Гальванические элементы и уравнение Нернста

Шаг 2. Электрохимический элемент

Вольтаические или гальванические элементы против электролитических элементов

Сводная таблица

Описание

Гальванические или гальванические элементы и электролитические элементы

Похожие записи

Почему грудничок постоянно кричит: причины и способы успокоить ребенка

Запись на прием к врачу в Минске: как выбрать специалиста и записаться онлайн

Жидкий стул у грудничка: причины, симптомы и лечение

Автор alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ