Γαλβανικό Κύτταρο

Ένα γαλβανικό στοιχείο είναι μια συσκευή που μετατρέπει τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας μια διαδικασία αυθόρμητης οξείδωσης-αναγωγής. Τα γαλβανικά κύτταρα χρησιμοποιούν την ηλεκτρική ενέργεια που απελευθερώνεται από τη μεταφορά ηλεκτρονίων σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής για να κάνουν ευεργετική ηλεκτρική εργασία. Ο Luigi Galvani βρήκε το 1780 ότι όταν δύο διαφορετικά μέταλλα (π. Ένα γαλβανικό στοιχείο, στην ουσία, χρησιμοποιείται για να μετατρέψει τη χημική ενέργεια που διατηρείται στα ιόντα σε ηλεκτρική ενέργεια με τη μορφή ρεύματος. Μια μπαταρία, για παράδειγμα, είναι μια συσκευασία από ένα ή περισσότερα γαλβανικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται για τη χημική παραγωγή και αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας. Τα γαλβανικά κύτταρα είναι επίσης χρήσιμα για την πρόληψη της διάβρωσης. Ένα γαλβανικό στοιχείο μπορεί να κατασκευαστεί από οποιαδήποτε δύο μέταλλα. Όταν δύο μέταλλα έρχονται σε επαφή, το ένα μπορεί να λειτουργήσει ως άνοδος και το άλλο ως κάθοδος, με αποτέλεσμα τη γαλβανική διάβρωση του πιο ανοδικού μετάλλου.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΓΑΛΒΑΝΙΚΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ

Ένα γαλβανικό στοιχείο λειτουργεί με απλό τρόπο. Συνεπάγεται μια χημική διαδικασία που παράγει ηλεκτρική ενέργεια ως υποπροϊόν. Κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης οξειδοαναγωγής, ένα γαλβανικό στοιχείο χρησιμοποιεί μεταφορά ενέργειας ηλεκτρονίων για να μετατρέψει τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.

Χρησιμοποιείται η ικανότητα ενός γαλβανικού στοιχείου να διασπά τη ροή των ηλεκτρονίων στη διαδικασία οξείδωσης και αναγωγής δημιουργώντας μια μισή αντίδραση και συνδέοντας το καθένα με ένα σύρμα έτσι ώστε να μπορεί να κατασκευαστεί ένα κανάλι για τη ροή των ηλεκτρονίων μέσω αυτού του σύρματος. Αυτή η κίνηση των ηλεκτρονίων αναφέρεται ως ρεύμα. Ένα ρεύμα αυτού του τύπου μπορεί να παράγεται για να ρέει μέσω ενός καλωδίου προκειμένου να ολοκληρωθεί ένα κύκλωμα και να αποκτήσει την έξοδό του σε οποιαδήποτε συσκευή, όπως μια τηλεόραση ή ένα ρολόι.

ΡΥΘΜΙΣΗ ΓΑΛΒΑΝΙΚΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ

Για την κατασκευή ενός γαλβανικού στοιχείου, πρέπει να γίνουν τα ακόλουθα βήματα. Στην ιδανική περίπτωση, το στοιχείο θα είχε δύο ηλεκτρόδια. Ένα από αυτά τα ηλεκτρόδια, η κάθοδος, πρέπει να είναι θετικά φορτισμένο, ενώ το άλλο, η άνοδος, πρέπει να είναι αρνητικά φορτισμένο.

Αυτά τα δύο ηλεκτρόδια θα είναι τα δύο βασικά συστατικά του γαλβανικού στοιχείου. Η ημιαντίδραση αναγωγής θα λάβει χώρα στην κάθοδο, ενώ η ημιαντίδραση οξείδωσης στην άνοδο. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οποιαδήποτε δύο μέταλλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την έναρξη της χημικής αντίδρασης.

ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΟΥ ΓΑΛΒΑΝΙΚΟΥ ΚΥΤΤΡΟΥ ΜΕ ΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

Ας υποθέσουμε ότι τα δύο μέταλλα που συμμετέχουν στη χημική αντίδραση είναι ο ψευδάργυρος και ο χαλκός. Ο ψευδάργυρος θα έχανε δύο ηλεκτρόνια ως αποτέλεσμα της χημικής διαδικασίας. Αυτό θα απορροφηθεί από τον χαλκό και θα μετατραπεί σε στοιχειακό χαλκό. Επειδή αυτά τα δύο μέταλλα θα τοποθετηθούν σε χωριστά δοχεία και θα συνδεθούν με ένα αγώγιμο σύρμα, θα παραχθεί ηλεκτρικό ρεύμα, μεταφέροντας όλα τα ηλεκτρόνια από το ένα μέταλλο στο άλλο.

Ταυτόχρονα, τα δύο μέταλλα πρέπει να βυθιστούν σε διάλυμα άλατος, όπως ο θειικός ψευδάργυρος και ο θειικός χαλκός σε αυτό το παράδειγμα. Σε αυτήν την περίπτωση, οι δύο λύσεις δεν αναμειγνύονται απευθείας μεταξύ τους, αλλά μπορούν να συνδεθούν με μια γέφυρα ή ένα μέσο. Αυτό το μέσο θα είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά ιόντων, διασφαλίζοντας ταυτόχρονα ότι τα δύο διαλύματα δεν συνδυάζονται.

Αυτή η γέφυρα βοηθά στην ολοκλήρωση του κυκλώματος για τη μεταφορά του ηλεκτρικού φορτίου και επίσης διασφαλίζει ότι τα διαλύματα στα δοχεία που περιέχουν μέταλλο παραμένουν ουδέτερα και δεν αναμειγνύονται. Δεν έχει καμία διαφορά εάν η γέφυρα αλατιού χρησιμοποιείται στη χημική διαδικασία, εφόσον δεν παρεμβαίνει στην αντίδραση οξειδοαναγωγής, η οποία συμβαίνει κατά την οξείδωση και την αναγωγή.

ΓΑΛΒΑΝΙΚΗ ΔΙΑΒΡΩΣΗ

Η ηλεκτροχημική φθορά των μετάλλων είναι γνωστή ως γαλβανική διάβρωση. Όταν δύο διαφορετικά μέταλλα έρχονται σε επαφή μεταξύ τους με την παρουσία ενός ηλεκτρολύτη, όπως το αλμυρό νερό, εμφανίζεται διάβρωση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό μιας γαλβανικής κυψέλης, με αέριο υδρογόνο να αναπτύσσεται στο πιο ευγενές (λιγότερο ενεργό) μέταλλο. Το ηλεκτροχημικό δυναμικό που δημιουργείται τότε δημιουργεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο διαλύει ηλεκτρολυτικά το λιγότερο ευγενές στοιχείο. Όταν το ίδιο μέταλλο εκτίθεται σε δύο διακριτές συγκεντρώσεις ηλεκτρολυτών, δημιουργείται ένα στοιχείο συγκέντρωσης.

ΜΕΡΙΚΟΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΟΙ ΟΡΟΙ

Ακολουθούν ορισμένες από τις σημαντικές ορολογίες που χρησιμοποιούνται στα γαλβανικά στοιχεία:

Ηλεκτρόδιο- Αναφέρεται στα δύο μέταλλα που χρησιμεύουν ως κάθοδος και άνοδος.

Η γέφυρα σύνδεσης ή το μέσο που επιτρέπει να συμβεί μια αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι γνωστή ως γέφυρα αλατιού.

Οι χημικές διεργασίες που επιτρέπουν σε ένα ηλεκτρικό ρεύμα να δημιουργεί και να ρέει μέσα από ένα γαλβανικό στοιχείο αναφέρονται ως οξείδωση και αναγωγή.

ΛΥΜΕΝΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

Τι συμβαίνει σε ένα γαλβανικό στοιχείο εάν δεν χρησιμοποιείται γέφυρα αλατιού ενώ λαμβάνει χώρα η αντίδραση οξειδοαναγωγής;

Λύση:Ελλείψει μιας γέφυρας αλατιού σε κάθε δοχείο που περιέχει τα μέταλλα, η αντίδραση οξειδοαναγωγής θα ξεκινούσε με τον ίδιο σχεδόν τρόπο. Αλλά ελλείψει της γέφυρας αλατιού, το ίδιο θα τελείωνε μάλλον απότομα. Οι αντίστοιχες λύσεις δεν θα μπορούν να διατηρήσουν την ηλεκτρική τους ουδετερότητα. Εκτός από αυτό, δεν θα υπάρξει καμία αλλαγή στη χημική αντίδραση ή οποιαδήποτε αλλαγή οποιουδήποτε τύπου λόγω της απουσίας της γέφυρας άλατος ή του μέσου.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Επομένως, μπορούμε να συμπεράνουμε από όλο αυτό το άρθρο ότι η Ηλεκτροχημεία είναι ένας κλάδος της χημείας που ασχολείται με τις αλληλεπιδράσεις της χημικής και ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα διάλυμα στη διεπιφάνεια των αγωγών, του ιοντικού αγωγού και του ηλεκτρικού αγωγού. Ένα βολταϊκό στοιχείο αποτελείται από δύο μισά στοιχεία, με το ένα ηλεκτρόδιο του μισού στοιχείου από μέταλλο Α και το άλλο μισό ηλεκτρόδιο του στοιχείου από μέταλλο Β. Για τη δημιουργία ισχύος, χρησιμοποιείται ένα βολταϊκό στοιχείο ψευδαργύρου - χαλκού. Αποτελείται από δύο ανεξάρτητα μισά κύτταρα που αποτελούνται από ένα ηλεκτρόδιο, μια λωρίδα μετάλλου μέσα σε ένα διάλυμα. Ένα σύρμα συνδέει τις μισές κυψέλες, ψευδάργυρο και χαλκό, ρέοντας από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο. Για να συνδέσουμε τα δύο μισά κύτταρα, χρησιμοποιούμε μια γέφυρα άλατος, η οποία κατασκευάζεται γεμίζοντας ένα σωλήνα σχήματος U με αλατούχο διάλυμα.