Definicja Galwaniczne Ogniwa

Co znaczy OGNIWA GALWANICZNE: Układ utworzony przez połączenie dwóch półogniw za pomocą klucza elektrolitycznego nosi nazwę ogniwa galwanicznego. W ogniwie elektrody połączone są ze sobą przewodnikiem metalicznym, który pełni rolę przekaźnika elektronów, a roztwory – kluczem elektrolitycznym, który umożliwia przepływ niewielkiej liczby jonów, wyrównujący bilans ładunku. Zamknięcie obwodu np. amperomierzem lub woltomierzem spowoduje, że ich wskazówka wychyli się, co wskazuje, że w układzie płynie prąd. Źródłem prądu elektrycznego w ogniwie jest samorzutny przebieg reakcji utleniania-redukcji. W ogniwie są dwa półogniwa/elektrody, np. metaliczne: na jednej następuje wydzielanie metalu, czyli zachodzi redukcja; jest to katoda: na drugiej jony metalu przechodzą do roztworu, czyli zachodzi utlenianie; jest to anoda: Elektroda o niższej wartości potencjału jest anodą, a o wyższej wartości – katodą. Katoda ma znak dodatni, a anoda ujemny. Elektrony płyną od anody do katody; umownie przyjęto, że prąd przepływa w kierunku odwrotnym: Schematyczny zapis ogniwa zgodnie z konwencją sztokholmską: Sumaryczną reakcję zachodzącą w ogniwie można przedstawić następującym wzorem: Siła elektromotoryczna (SEM) powstałego ogniwa będzie równa różnicy potencjałów elektrod (od potencjału katody odejmuje się potencjał anody) w ogniwie niepracującym. Poniżej przedstawiono budowę ogniwa metalicznego. Przykładowym ogniwem jest tzw. ogniwo Daniella: Co się dzieje podczas pracy ogniwa? na płytce cynkowej gromadzą się elektrony, które przez przewodnik płyną do elektrody miedziowej – atomy cynku przechodzą do roztworu w postaci kationów (elektroda cynkowa roztwarza się), elektroda miedziowa oddaje płynące do niej przez przewód (od elektrody cynkowej) elektrony jonom miedzi znajdującym się w sąsiedztwie elektrody. Na tej elektrodzie osadza się metaliczna miedź. Procesy zachodzące w czasie pracy ogniwa Daniella można przedstawić w sposób uproszczony (bez zachowania relacji między wielkościami jonów i atomów) na poniższym schemacie: W ogniwie Daniella na anodzie zachodzi utlenianie cynku. Jony Zn2+ przechodzą do roztworu, natomiast elektrony wędrują do katody, na której zachodzi redukcja jonów Cu2+. Przez klucz elektrolityczny wędrują jony przeciwnego znaku w celu wyrównania powstającej różnicy ładunków. Sumarycznie procesy zachodzące w ogniwie można przedstawić równaniem: Warto zauważyć, że jeśli do roztworu przechodzi 65 g jonów cynku (1 mol) to na miedzianej blaszce osadza się 63,5 g (1 mol) atomów miedzi. Masa blaszki cynkowej maleje o 65 g, natomiast masa blaszki miedzianej wzrasta w tym samym czasie o 63,5 g. Blaszka cynkowa roztwarza się, natomiast na blaszce miedziowej osadza się miedź. Ogniwo pracuje, czyli prąd płynie, dopóki nie nastąpi całkowite roztworzenie płytki cynkowej (wszystkie atomy cynku obecne w płytce utlenią się) lub redukcja wszystkich kationów miedzi Cu2+ obecnych w roztworze. Inaczej wyglądają procesy zachodzące w ogniwach redoks oraz w ogniwach stężeniowych: Przykład ogniwa stężeniowego: Ta różnica stężeń powoduje wyraźną różnicę potencjałów elektrod i stąd anodą i katodą są odpowiednio: Sumaryczna reakcja zachodząca w ogniwie to: Ogniwo pracuje do momentu wyrównania stężeń roztworów. Przykład ogniwa redoksowego: Sumaryczna reakcja zachodząca w ogniwie: Znajomość wartości potencjałów standardowych półogniw różnego rodzaju pozwalana przewidywanie: czy dana reakcja utlenienia-redukcji zajdzie w rzeczywistości, kierunku reakcji chemicznej. Istnieje prosta reguła: reakcja chemiczna zachodzi tylko wtedy, gdy: Pamiętaj! Im większa różnica potencjałów standardowych, tym bardziej prawdopodobna jest dana reakcja chemiczna. Do ustalania substratów reakcji chemicznej może posłużyć tzw. metoda zegara: na osi potencjału zaznacz wartości i w tym miejscu przeprowadź proste prostopadłe do osi E, nad osią wpisz odpowiednie formy utlenione, a pod osią – zredukowane, kierunek reakcji wyznaczą strzałki zorientowane zgodnie ze wskazówkami zegara, substraty rzeczywistej reakcji są oznaczone jako .