і елемента. Робота, чинена елементом з мізерно малим струмом при оборотному проведенні процесу була б максимальною.
Теоретичний і практичний інтерес представляють гальванічні елементи з металевими електродами. Розглянемо, наприклад, реакцію Znт + CuSО4водн. р-р. = ZnSО4водн. р-р + Cuт або Znт + Cu2 + = Zn +2 + + Cuт, яка може бути здійснена двома шляхами. Один з них є повністю необоротним. Цинкову пластинку поміщають у водний розчин мідного купоросу, при цьому відбувається виділення металевої міді і розчинення цинку. Електрони переходять від цинку безпосередньо до міді, і реакція протікає без виробництва роботи, а супроводжується тільки виділенням тепла. У разі воднево-кисневого елемента, можна створити умови, в яких електрони будуть рухатися по металевому провіднику і здійснювати роботу. Це досягається в гальванічному елементі, де цинковий електрод занурений у розчин ZnSO4, а мідний електрод у розчин СіSO4.
Розчини відокремлені один від одного пористої (керамічної) перегородкою, що перешкоджає їх змішання, але забезпечує проходження електричного струму внаслідок дифузії іонів через пори. Такий елемент, на електродах якого утворяться подвійні електричні шари, був сконструйований російським електрохімік Б.С. Якобі. p> Величина і знак електричних зарядів у подвійних шарах пределяет роботою видалення електрона з металу і енергією гідратації його іонів. У розчин легко будуть переходити ті метали, у яких менше робота виходу електронів і більше енергія гідратації іонів, тобто менш благородні метали. Так як цинк менш шляхетний, ніж мідь, то він зарядиться більш негативно в порівнянні з міддю. Якщо з'єднати обидва електроди металевим провідником, то електрони будуть переміщатися від цинку до міді. Внаслідок цього іони цинку Zn2 + не утримуються у подвійному шарі тяжінням електронів, переходять в об'єм розчину, а перейшли на мідний електрод електрони розряджають іони Cu2 +, переводячи їх у металеве стан.
Отже, в процесі роботи елемента відбувається розчинення цинкового електрода і осадження міді на мідному електроді. Щоб елемент працював, ланцюг має бути замкнутої, тобто між розчинами повинен бути електричний контакт. Перенесення струму всередині елемента здійснюється іонами. В елементі перехід електронів від цинку до міді відбувається не в умовах безпосереднього контакту цих металів, а за допомогою провідника. Сумарна реакція в елементі складається з двох просторово розділених електродних процесів.
Реакції, протікають в гальванічних елементах є окислювально-відновними. У розглянутому випадку окислюється цинк, який втрачає електрони, а відновлюється мідь, що набуває електрони. Взагалі будь-яка окислювально-відновна реакція може бути використана для отримання електричного струму за допомогою гальванічного елемента. Як згадувалося, такою реакцією може бути горіння будь-якого виду палива.
При схематичне запису гальванічних елементів кордону між фазами відзначаються вертикальними лініями. За умови, що на кордоні двох рідин (в даному випадку розчинів ZnSO4 і CuSO4) немає різниці потенціалів, її позначають двома вертикальними лініями. Схема розглянутого елемента має наступний вигляд:
Zn | ZnSO4 ∥ CuSO4 | Cu.
Прийнято записувати подібні схеми таким чином, щоб лівий електрод був негативним (Електрони течуть по металевому провіднику зліва направо і в тому ж напрямку переноситься іонами позитивну електрику всередині елемента). Такий запис відповідає протіканню реакції, що супроводжується спадом енергії Гіббса і позитивної величиною е. д. с.
Гальванічні елементи можуть бути побудовані не лише з використанням водних розчинів електролітів, але і з, застосуванням розплавів. Прикладом такого елемента може служити ланцюг Ag | AgBr | Br2, в якій лівий електрод срібний, а правий - являє собою графіт, що омивається газоподібним бромом, а електролітом є розплавлене AgBr. На лівому електроді розчиняється срібло: Agт в†’ Ag + + e, а на правому - адсорбований графітом бром: 1/2Br2г + e = Br-. Таким чином, в елементі відбувається реакція: Agт + 1/2Br2г = AgBrж.
У Останнім часом набули великого значення гальванічні елементи з твердими електролітами, що мають кисневу провідність (див. гл. VIII), наприклад,
В
Лівий електрод являє собою суміш заліза і його оксиду. Тут відбувається реакція окислення заліза іонами О2-, що приходять через твердий електроліт. При цьому звільняються електрони, і електрод отримує негативний заряд. На правому електроді, що складається з суміші Мо і МоО3, відбувається відновлення оксиду. Це супроводжується поглинанням електронів таким чином, що електрод заряджається позитивно, а звільнені іони О2 можуть мігрувати через електроліт до лівому електроду. Реакція на електроді зображується наступним рівнянням 3Feт + 3О2-= 3FеОт + 6е; на правому електроді: МоО3т + 6е = Мот + 3О2-. p> Зауважимо, що сума цих двох реакцій 3Fет + МоОт = 3FеОт + Мот є процес відновлення оксид...
