Гальванический элемент Даниэля-Якоби

Если окислительно-восстановительную реакцию осуществить так, чтобы процессы окисления и восстановления были пространственно разделены, и создать возможность перехода электронов от восстановителя к окислителю по проводнику (внешней цепи), то во внешней цепи возникает направленное движение электронов - электрический ток.

Рассмотрим систему, в которой два электрода находятся в растворах своих солей. Примером может служить гальванический элемент Даниэля-Якоби (рис. 12.2), который состоит из медной и цинковой пластинок, опущенных в растворы своих солей. На поверхности цинковой пластинки устанавливается равновесие Zn Zn²⁺ + 2ē , которому соответствует потенциал j⁰ = -0,76 В (табл. 12.1). На поверхности медной пластинки устанавливается равновесие Cu Cu²⁺ + 2ē, которому соответствует равновесный потенциал j⁰ = +0,34 В.

Рис. 12.2. Медно-цинковый гальванический элемент:

(1 - цинковый электрод - анод; 2 - медный электрод - катод; 3 - ионный ключ- электролит, проводящий ионы SO₄^2-; 4 - электронный проводник)

Потенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение, поэтому при замыкании внешней цепи электроны будут переходить от цинка (анод) к меди (катод). В результате этого процесса равновесие на аноде (Zn) сместится вправо и в раствор перейдет дополнительное количество ионов цинка (происходит растворение анода). В то же время равновесие на медном электроде сместится влево и произойдет выделение меди на катоде.

Устройства, в которых на электродах самопроизвольно протекают окислительно-восстановительные реакции, в результате которых получается электрическая энергия, называются гальваническими элементами. Электрод, на котором протекает процесс окисления, называется анодом; другой электрод, на котором осуществляется процесс восстановления, называется катодом.

Схема гальванического элемента, заменяющая рисунок, записывается следующим образом:

Zn½Zn²⁺║Cu²⁺½Cu .

(А): Zn - 2ē = Zn²⁺, (окисление)

(К): Cu²⁺ + 2ē = Cu⁰, (восстановление)

Zn + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu .

Суммарная реакция, протекающая в гальваническом элементе, называется токообразующей.