Для того щоб скласти схему гальванічного елемента, необхідно зрозуміти принцип його дій, особливості будови. Споживачі рідко звертають увагу на акумулятори та батарейки, при цьому саме ці джерела струму є найбільш затребуваними.

Хімічні джерела струму

Що являє собою гальванічний елемент? Схема його ґрунтується на електроліті. Пристрій входить невеликий контейнер, де розташовується електроліт, адсорбируемий матеріалом сепаратора. Крім того, схему двох гальванічних елементів передбачає наявність катода і анода. Як називається такий гальванічний елемент? Схема, що зв'язує між собою два металу, передбачає наявність окислювально-відновної реакції.

Найпростіший гальванічний елемент

Він передбачає наявність двох пластин або стрижнів, виконаних з різних металів, які занурені у розчин сильного електроліту. У процесі роботи даного гальванічного елемента, на аноді здійснюється процес окислення, пов'язаний з віддачею електронів. На катоді – відновлення, що супроводжується прийняттям негативних часток. Відбувається передача електронів на зовнішньому ланцюзі до окислителем від відновника.

Приклад гальванічного елемента

Для того щоб скласти електронні схеми гальванічних елементів, необхідно знати величину їх стандартного електродного потенціалу. Проаналізуємо варіант мідно-цинкового гальванічного елемента, що функціонує на основі енергії, що виділяється при взаємодії сульфату міді з цинком. Цей гальванічний елемент, схема якого наведена нижче, називають елементом Якобі-Даніеля. Він включає в себе мідну пластинку, яка занурена в розчин мідного купоросу (мідний електрод), а також він складається з цинкової пластини, що знаходиться в розчині його сульфату (цинковий електрод). Розчини стикаються між собою, але для того, щоб не допускати їх змішування, в елементі використовується перегородка, виконаний з пористого матеріалу.

Принцип дії

Як функціонує гальванічний елемент, схема якого має вигляд Zn 1/2 ZnSO4 1/2 1/2 CuSO4 1/2 Cu? Під час його роботи, коли замкнутий електричний ланцюг, відбувається процес окислення металевого цинку. На його поверхні зіткнення з розчином солі спостерігається перетворення атомів в катіони Zn2+. Процес супроводжується виділенням «вільних» електронів, які пересуваються по зовнішньому ланцюзі. Реакцію, що протікає на цинковому електроді, можна представити в наступному вигляді: Zn = Zn2+ + 2e - Відновлення катіонів металу здійснюється на мідному електроді. Негативні частинки, які потрапляють сюди з цинкового електрода, об'єднуються з катіонами міді, облягаючи їх у вигляді металу. Даний процес має наступний вигляд: Cu2+ + 2e- = Cu Якщо скласти дві реакції, розглянуті вище, виходить сумарне рівняння, яке описує роботи цинково-мідного гальванічного елемента. В якості анода виступає цинковий електрод, а катодом служить мідь. Сучасні гальванічні елементи й акумулятори припускають застосування одного розчину електроліту, що розширює сфери їх застосування, робить їх експлуатацію більш комфортною і зручною.

Різновиди гальванічних елементів

Найпоширенішими вважають вугільно-цинкові елементи. У них застосовується пасивний вугільний колектор струму, що контактує з анодом, в якості якого виступає оксид марганцю (4). Електролітом є хлорид амонію, застосовуваний у пастоподібному вигляді. Він не розтікається, тому сам гальванічний елемент називають сухим. Його особливістю є можливість «відновлюватися» протягом роботи, що позитивно відбивається на тривалості експлуатаційного періоду. Такі гальванічні елементи мають невисоку вартість, але невисоку потужність. При зниженні температури вони знижують свою ефективність, а при її підвищенні відбувається поступове висихання електроліту. Лужні елементи припускають використання розчину лугу, тому мають досить багато областей застосування. В літієвих елементах в якості анода виступає активний метал, що позитивно позначається на терміні експлуатації. Літій має негативний електродний потенціал, тому при невеликих габаритах подібні елементи мають максимальне номінальне напруга. Серед недоліків таких систем можна виділити високу ціну. Розтин літієвих джерел струму є вибухонебезпечним.

Висновок

Принцип роботи будь-якого гальванічного елемента ґрунтується на окисно-відновних процесах, що відбуваються на катоді і аноді. Залежно від використовуваного металу, обраного розчину електроліту, змінюється термін служби елемента, а також величина номінальної напруги. В даний час затребувані літієві, кадмієві гальванічні елементи, що мають досить тривалий термін своєї служби.