Elektroliti su otopine ili taljevine koje sadrže slobodno pokretljive ione te imaju sposobnost provođenja električne struje. Tako na primjer, natrijev klorid u čvrstome stanju ne provodi struju, ali talina i otopina natrijeva klorida ju provode.
Prema jačini sposobnosti da provode električnu struju, razlikujemo jake i slabe elektrolite.
Galvanski članak se sastoji od dva različita polučlanka međusobno povezana elektrolitnim mostom te vodičima. Općenito, metal (elektroda) uronjen u otopinu vlastitih iona čini odgovarajući polučlanak.
U galvanskom članku kemijska se energija spontano pretvara u električnu energiju.
Elektroda na kojoj se zbiva proces oksidacije zove se anoda te je ona negativni (-) pol članka. Elektroda na kojoj se zbiva proces redukcije zove se katoda te je ona pozitivni (+) pol članka. Elektrode moraju biti različitoga elektrodnoga potencijala.
Dogovoreno je da elektroni, nastali u galvanskome članku, putuju od anode do katode.
Najpoznatiji galvanski članak napravljen je 1835. godine. Naziva se Daniellov članak.
Daniellov članak napravljen je od cinkove i bakrene elektrode uronjene u vodene otopine vlastitih iona. Cinkova elektroda uronjena je u otopinu cinkova sulfata, a bakrova elektroda u otopinu bakrova(II) sulfata.
Struja koju daje Daniellov članak posljedica je reakcija na elektrodama:
K(+): Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)
A(-): Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-
ukupna jednadžba reakcije: Cu2+(aq) + Zn(s) → Zn2+ + Cu(s)
Galvanske članke prikazujemo i shematskim prikazom. Crta označava granicu elektroda/elektrolit, a dvostruka crta označava elektrolitski most. Elektrolitski most se ponekad naziva elektrolitskim ključem, a tehnički može biti izveden na različite načine kako bi neutralizirao višak iona u pojedinom članku. Prema dogovoru anodni proces se piše uvijek na lijevoj strani shematskog prikaza, a katodni proces na desnoj strani.
Tako shematski prikaz Daniellova članka izgleda ovako:
Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)
Elektrokemijske izvore električne energije može se podijeliti na primarne i sekundarne galvanske članke.
Primarni galvanski članci su baterije koje nisu punjive zbog čega se mogu smatrati neobnovljivim izvorima električne struje. Kemijska se energija u primarnim galvanskim člancima nepovratno pretvara u električnu, kemijske reakcije su ireverzibilne.
Sekundarni galvanski članci su punjive baterije i akumulatori zbog čega se mogu smatrati obnovljivim izvorima električne struje. Kemijske reakcije u sekundarnim galvanskim člancima su reverzibilne.
Najpoznatiji primarni galvanski članak je i danas Leclanchéov članak. Izumio ga je 1866 Georges Leclanché (1839 – 1882) (čitati Žorž Lklanše) francuski elektroinženjer.
Leclanchéov članak je građen od cinkove posudice koja je negativna elektroda (anoda) zaštićena metalnim plaštom. Atomi cinka iz cinkove posudice oksidacijom prelaze u cinkove ione, zbog čega stijenke posudice postaju sve tanje. Pozitivna elektroda (katoda) je grafitni štapić uronjen u smjesu manganova(IV) oksida i čađe.
Članak se naziva suhi članak jer je elektrolit gusta vlažna higroskopna smjesa amonijeva klorida, cinkova klorida i želatine ili škroba, koji služi za geliranje.
Pojednostavljeno, na elektrodama pri radu članka dolazi do ovih reakcija:
A(-): Zn → Zn2+ + 2e-
K(+): 2MnO2 + 2e- + 2NH4+ → Mn2O3 + H2O + 2NH3
ukupna jednadžba reakcije: Zn(s) + 2MnO2(s) + 2NH4Cl(aq) → ZnCl2(aq) + Mn2O3(s) + H2O(l) + 2NH3(l)
Napon Leclanchéovog članka iznosi 1,5 V. Veći napon može se postići serijskim povezivanjem članaka. Današnje baterije imaju niz prednosi u odnosu na prvi Leclanchéov članak. One imaju veći napon. Trajnije su i mogu se koristiti pri nižim temperaturama.
Sekundarni galvanski članci su akumulatori.
Akumulatori su reverzibilni galvanski članci koji se nakon pražnjenja mogu ponovo puniti.
Pri punjenju akumulatora električna energija se pretvara u kemijsku energiju.
Pri pražnjenju akumulatora kemijska energija se pretvara u električnu energiju.
U olovnom akumulatoru, negativni (–) pol, anoda, je elektroda od olova (Pb). Pozitivan (+) pol, katoda, je elektroda od olovova (IV) oksida (PbO2). Elektrolit je 20%-tna sumporna kiselina (H2SO4).
Svaki članak olovnog akumulatora ima napon od 2 volta. Olovni akumulator koji se koristi u osobnim automobilima ima napon 12 volta, prema tome serijski je spojeno 6 članaka.
Reakcija punjenja i pražnjenja akumulatora može se prikazati jednadžbom kemijske reakcije:
Do sada je praktično primijenjen samo gorivni članak vodik – kisik, u kojem električna energija nastaje reakcijom sinteze vodika i kisika u vodu.
U gorivnom članku su grafitne elektrode s katalizatorom (nikal, Ni ili paladij, Pd), porozne, kako bi mogle propuštati plinove (vodik i kisik ) koji reagiraju s elektrolitom.
Elektrolit je kalijeva lužina (KOH) koji u vodenoj otopini disocira na kalijeve (K+) i hidroksidne (OH–) ione.
Opisana redoks reakcija uzrokuje tok elektrona u vanjskom strujnom krugu.
Gorivni članci ekološki su prihvatljivi izvori električne energije.
Galvanski članak načinjen je od niklove elektrode uronjene u vodenu otopinu koja sadrži ione nikla(II) i željezne elektrode uronjene u vodenu otopinu koja sadrži ione željeza(II). Koja se od navedenih reakcija odvija na pozitivnome polu u opisanome galvanskom članku?
Pozorno promotrite sliku koja prikazuje galvanski članak. Nakon što je galvanski članak završio s radom, mjerenjem je utvrđeno da se masa elektrode načinjene od magnezija smanjila.
34. Koliko iznosi razlika standardnih elektrodnih potencijala prikazanoga galvanskog članka pri \( 25^{\circ} \mathrm{C} \) ?
\( \mathrm{Al}(\mathrm{s}) ~|~ \mathrm{Al}^{3+}(\mathrm{aq})~{ }_{||} ^{||} ~\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) ~|~ \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \)
Isprobaj potpuno besplatno!
Registracijom dobivaš besplatan*
pristup dijelu lekcija za svaki predmet.