Hemijski izvori električne struje

1. Хемијски извори
електричне струје
• Професор: Паштар Лука
• Ученик: Црногорац Анастасија

2. При оксидо-редукционим реакцијама које смо
до сада упознали, електрони се крeћу директно
од редукционог ка оксидационом средству.
Међутим, постоје и такви системи код којих су
реактанти просторно одвојени, па eлектрони
уместо непосредног премештања путују кроз
метални проводник од редукционог ка
оксидационом средству. Овакав оксидо-
редукциони систем добија се тако што се две
различите металне плоче (електроде) зароне у
растворе својих јона. Систем метал-раствор
назива се полуелемент, а два полуелемента
спојена проводником чине галвански елемент.
Због разлике у електродним потенцијалима
металних плоча, у галванском елементу долази
до кретања електрона кроз проводник од
негативније ка позитивнијој електроди. Разлика
потенцијала између електрода назива се
електромоторна сила галванског елемента, а
кретање електрона кроз проводник-електрична
струја.

3. У шеми је једном вертикалном цртом означена граница метал-раствор,
а двема цртама - веза између два полуелемента.
У галванским елементима хемијска енергија се претвара у електричну, па cе они називају и
хемијски извори струје. Jедан од најраније познатих галванских елемената је Данијелов
елемент. Састоји се од цинкане плоче зароњене у раствор цинк-сулфата и бакарне плоче
зароњене у раствор бакар(I)-сулфата. Електролити се налазе у истом суду, али су одвојени
полупропустльивом мембраном која спречава мешање раствора, a омогућује пролазак јона.
Ако се електролити налазе у два суда, спајају се помoћу тзв. електролитичког кључа.
Шематски се Данијелов елемент приказујe овако:

4. Електромоторна сила галванског елемента (Еmf) једнака је разлици
потенцијала двеју изабраних електрода. Израчунава се тако штосе потенцијала
позитивније електроде (Еp) одузме потенцијал негативније електроде (Еn):
Према томе, вредност електромоторне силе је увек
позитивна.
Стандардни електродни потенцијал бакра је + 0,34 V, а
цинка 0,76V. Електромоторна сила Данијеловог
галванског елемента износи:
EMF=+0,34V-(-0,76V)=1,10V

5. После повезивања полуелемената металним
проводником електрони прелазе са негативније
цинкане плоче на позитивнију бакарну плочу. To
ремети равнотежу између електрона и јона Zn2+ y
електричном двојном слоју цинкане плоче. Равнотежа
се поново успоставльа тако што нови јони цинка
прелазе у раствор, чиме се надокнађује мањак
електрона на плочи. Стога је на тој плочи равнотежа
померена удесно:

6. Електрони који стижу до бакарне плоче, ремете постојећy равнотежу између јона
Cu2+ и електрона. Она се успоставља тако што нови јони Сu2+ из раствора
прелазе на плочу. Вишак електрона троши се за редукцију ових јона, па кажемо да
се на бакарној плочи равнотежа помера улево:
Реакција која се одиграва у Данијеловом елементу
може се представити следећом једначином:

7. Вишак јона Zn2+ y pаствору насталих растварањем цинка креhe ce
кроз полупропустљиву мембрану ка вишку SО4 2- јона заосталих
после редукције Cu2+ jона. Њиховим кретањем кроз раствор
успоставља се унутрашње коло струје, а истовремено постиже
електрична неутралност раствора. Процес који се одиграва у
Данијеловом елементу теоријски би могао трајати све док се сав цинк
не раствори, а сав бакар из раствора не исталожи на плочи. Meђутим,
електромоторна сила галванског елемента се постепено смањује, па
при некој вредности елемент престаје да ради и из њега се више не
може добити струја. У сваком галванском елементу одвија се оксидо-
редукциона реакција, услед чега се у спољашњем колу (кроз
проводник) крећу електрони, а у унутрашњем (кроз мембрану) јони.
Према томе, енергија хемијске реакције претвара се у електричну
енергију, односно електрична енергија се у галванским елементима
добија на рачун оксидо-редукционих процеса на електродама. Овакви
примарни извори струје имају одређени значај и омогућују добијање
електричне енергије без загађивања околине.