Как работатют химические источники электроэнергии

При растворении кислот, солей и щелочей в воде их молекулы распадаются на две части, заряженные разноименным электричеством. Такие заряженные частицы называются ионами.

В водных растворах одним из ионов является ион металла или водорода, заряженный положительно (атомы этих веществ потеряли один или несколько электронов).

Другим ионом является оставшаяся часть молекулы, получившая потерянные атомами металла или водорода электроны и поэтому заряженная отрицательно.

Водный раствор вещества с распавшимися на ионы молекулами сравнительно хорошо проводит электрический ток и называется электролитом.

При погружении в электролит какого-либо металла между электролитом и металлом начинается химическое взаимодействие. Например, при погружении цинковой пластинки в раствор серной кислоты атомы цинка, оставляя на пластинке по два своих электрона, начинают переходить в раствор в виде положительных ионов, в результате чего цинковая пластинка, обогащаясь электронами, заряжается отрицательно (рис. 1).

В то же время раствор, получая положительные ионы цинка, заряжается положительно.

Такое растворение цинка будет продолжаться до тех пор, пока отрицательный заряд цинковой пластинки, а следовательно, и сила притяжения ею положительно заряженных ионов цинка не уравновесят стремления ионов цинка отрываться от пластинки и переходить в раствор.

Цинковая пластинка при погружении в раствор серной кислоты начинает растворяться

Рис. 1. Цинковая пластинка при погружении в раствор серной кислоты начинает растворяться; при этом она заряжается отрицательно.

Различные металлы обладают различной способностью растворяться в данном электролите и заряжаются до разных потенциалов. Следовательно, если в электролит погрузить две пластинки из различных металлов, то между ними появится некоторая разность потенциалов. Для каждой пары металлов характерна определенная разность потенциалов.

Одну из металлических пластинок можно заменить нерастворяющейся в электролите угольной пластинкой. Тогда угольная пластинка приобретает потенциал раствора, а между нею и металлической пластинкой устанавливается разность потенциалов, необходимая для уравновешивания стремления данного металла к растворению.

Погрузив в раствор электролита две пластинки из различных металлов (или металлическую и угольную пластинки), получают простейший химический источник разности потенциалов, или химический источник электрической энергии, называемой гальваническим элементом.

Наиболее употребительной парой, применяющейся в современных гальванических элементах, являются цинк и уголь.

При соединении угольной и цинковой пластинок гальванического элемента внешним проводником электроны, скопившиеся на цинковой пластинке, начнут двигаться к угольной пластинке.

Образующийся на цинковой пластинке недостаток электронов нарушит установившееся равновесие, и цинковая пластинка опять начнет отдавать свои ионы в раствор.

В то же время приходящие на угольную пластинку электроны начнут соединяться с положительными ионами водорода, находящимися в растворе вблизи угольной пластинки, превращая их в нейтральные атомы (молекулы серной кислоты при растворении в воде распадаются на положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислотного остатка).

В результате на угольной пластинке будут выделяться пузырьки водорода. Следовательно, за счет химической реакции цинка с раствором серной кислоты на пластинках, или электродах, элемента будет поддерживаться постоянная разность потенциалов, или э. д. с.

Электродвижущая сила элемента зависит только от свойств веществ, из которых он состоит, и не зависит от его формы, размеров, конструкции и т. п.

Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.

0
777
Добавить комментарий