Galvanisk celle
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 9. september 2021; checks kræver 7 redigeringer .En galvanisk celle (elektrokemisk kredsløb) er en kemisk kilde til elektrisk strøm baseret på vekselvirkningen mellem to metaller og / eller deres oxider i en elektrolyt , hvilket fører til udseendet af en elektrisk strøm i et lukket kredsløb. Opkaldt efter Luigi Galvani . Omdannelsen af kemisk energi til elektrisk energi sker i galvaniske celler.
En galvanisk celle er således en enhed, hvor energien fra en redox-kemisk reaktion omdannes til elektrisk energi.
Historien om studiet af galvaniske processer
Fænomenet med forekomsten af en elektrisk strøm ved kontakt med forskellige metaller blev opdaget af den italienske fysiolog , professor i medicin ved universitetet i Bologna ( Bologna , Italien ) - Luigi Galvani i 1786 : Galvani beskrev processen med sammentrækning af musklerne i bagbenene på en frisklavet frø , fastgjort på kobberkroge , når de berøres med en stålskalpel . Observationerne blev af opdageren tolket som en manifestation af "dyreelektricitet".
Den italienske fysiker og kemiker Alessandro Volta , interesseret i Galvanis eksperimenter, så et helt nyt fænomen - skabelsen af en strøm af elektriske ladninger. Ved at kontrollere Galvanis synspunkt lavede A. Volta en række eksperimenter og kom til den konklusion, at årsagen til muskelsammentrækning ikke er "dyreelektricitet", men tilstedeværelsen af en kæde af forskellige ledere i væsken. Som bekræftelse erstattede A. Volta frøbenet med et elektrometer opfundet af ham og gentog alle trinene. I 1800 annoncerede A. Volta offentligt sine opdagelser for første gang på et møde i Royal Society of London . I hans forsøg er en andenklasses leder (væske) i midten og er i kontakt med to førsteklasses ledere lavet af to forskellige metaller. Som et resultat opstår en elektrisk strøm i den ene eller anden retning.
I 1802 designede den russiske fysiker Vasily Vladimirovich Petrov verdens største galvaniske batteri, bestående af 4200 kobber- og zinkcirkler med en diameter på omkring 35 millimeter og en tykkelse på omkring 2,5 millimeter, mellem hvilke der blev anbragt papir gennemblødt i en opløsning af ammoniak . Det var Petrov , der først påførte isolering (ved hjælp af tætningsvoks ). Hele strukturen blev placeret i en massiv mahognitrækasse, dækket af et isolerende lag af forskellige harpikser [1] . Ifølge moderne skøn gav Petrovs batteri en spænding på omkring 1500V. [2] En russisk videnskabsmand undersøgte dette batteris egenskaber som strømkilde og viste, at dets drift er baseret på kemiske processer mellem metaller og elektrolyt. M. A. Shatelen bemærkede, at Petrovs eksperimenter kan betragtes som forskning, der lagde grundlaget for moderne elektrometallurgi i lysbueovne. [3] Petrov brugte det konstruerede batteri til at skabe en lysbue og eksperimenterede med det. Resultaterne af hans arbejde blev beskrevet i værket "News of Galvani-Volta Experiments", [4] udgivet i 1803. [5] [6]
Typer af elektroder
Sammensætningen af den galvaniske celle inkluderer elektroder . Elektroder er:
Vendbare elektroder
- Elektroder af 1. art - elektroder bestående af et metal nedsænket i en opløsning af dets salt;
- Elektroder af 2. slags - en elektrode bestående af et metal belagt med et tungtopløseligt salt af samme metal, nedsænket i en saltopløsning, der indeholder en fælles anion med et uopløseligt salt ( sølvchloridelektrode , calomelelektrode , metaloxidelektroder);
- Elektroder af den 3. slags - elektroder bestående af to uopløselige bundfald af elektrolytter: i en mindre opløselig er der en kation , som er dannet af elektrodens metal, og i en mere opløselig er der en fælles anion med det første bundfald ;
- Gaselektroder - elektroder bestående af et inaktivt metal i opløsning og gas ( iltelektrode , brintelektrode );
- Amalgamelektroder - elektroder bestående af en opløsning af et metal i kviksølv ;
- Redox -elektroder - elektroder bestående af et inaktivt metal (ferri-ferro-elektrode, quinhydron-elektrode ).
Ion-selektive membranelektroder
- Ionbyttermembranelektroder med faste ladninger - glaselektrode ;
- Elektroder bestående af væskeassocierede ionbyttere ;
- Membranelektroder baseret på membranaktive chelatorer ;
- Elektroder med mono- og polykrystallinske membraner.
Karakteristika for galvaniske celler
Galvaniske celler er karakteriseret ved elektromotorisk kraft (EMF) , kapacitans; den energi, som han kan give til det eksterne kredsløb; udholdenhed.
- Den elektromotoriske kraft (EMF) af en galvanisk celle afhænger af materialet af elektroderne og sammensætningen af elektrolytten. EMF er beskrevet af de termodynamiske funktioner i de igangværende elektrokemiske processer i form af Nernst-ligningen .
- Et elements elektriske kapacitans er mængden af elektricitet, som strømkilden afgiver, når den aflades. Kapaciteten afhænger af massen af reagenser lagret i kilden og graden af deres omdannelse; falder med faldende temperatur eller stigende afladningsstrøm.
- Energien i en galvanisk celle er numerisk lig med produktet af dens kapacitans og spænding. Med en stigning i mængden af stoffet af reagenserne i elementet og op til en vis grænse, med en stigning i temperaturen, øges energien. Energi reduceres ved en stigning i udladningsstrømmen.
- Persistens er den periode, hvor et element opbevares, hvor dets egenskaber forbliver inden for de specificerede grænser. Tilbageholdelsen af et element aftager med stigende opbevaringstemperatur.
Klassificering af galvaniske celler
Galvaniske primærceller er anordninger til direkte omdannelse af kemisk energi , de reagenser, der er indeholdt i dem ( oxidationsmiddel og reduktionsmiddel ), til elektrisk energi . De reagenser , der udgør kilden, forbruges under dens drift, og virkningen stopper efter indtagelsen af reagenserne. Et eksempel på en galvanisk celle er Daniel - Jacobi -cellen .
Mangan-zinkceller, der ikke indeholder en flydende elektrolytopløsning (tørre celler, batterier), er meget udbredt . I Leclanche - saltceller fungerer zinkelektroden således som en katode , en elektrode lavet af en blanding af mangandioxid og grafit fungerer som en anode , og grafit fungerer som en strømaftager. Elektrolytten er en pasta af ammoniumchloridopløsning med tilsætning af mel eller stivelse som fortykningsmiddel.
Alkaliske mangan-zinkceller , hvor kaliumhydroxidbaseret pasta anvendes som elektrolyt , har en række fordele (især en væsentlig større kapacitet, bedre drift ved lave temperaturer og ved høje belastningsstrømme).
Salt og alkaliske elementer bruges i vid udstrækning til at drive radioudstyr og forskellige elektroniske enheder.
Sekundære strømkilder ( akkumulatorer ) er enheder, hvor den elektriske energi fra en ekstern strømkilde omdannes til kemisk energi og akkumuleres, og den kemiske energi igen omdannes til elektrisk energi.
Et af de mest almindelige batterier er bly (eller syre) . Elektrolytten er en 25-30% svovlsyreopløsning . Elektroderne i et syrebatteri er blygitre fyldt med blyoxid , som, når de interagerer med elektrolytten, bliver til bly(II)sulfat - PbSO 4 .
Der er også alkaliske batterier: nikkel-cadmium- og nikkel-metalhydrid-batterier har fået den største brug , hvor kaliumhydroxid (K-OH) fungerer som en elektrolyt .
I forskellige elektroniske enheder ( mobiltelefoner , tablets , bærbare computere ) bruges primært lithium-ion- og lithium-polymer-batterier , som er kendetegnet ved høj kapacitet og ingen hukommelseseffekt .
Elektrokemiske generatorer ( brændselsceller ) er grundstoffer, hvor kemisk energi omdannes til elektrisk energi. Oxidationsmidlet og reduktionsmidlet opbevares uden for cellen og tilføres kontinuerligt og separat til elektroderne under drift. Under driften af brændselscellen forbruges elektroderne ikke. Reduktionsmidlet er hydrogen (H2 ), methanol ( CH3OH ), methan ( CH4 ) ; i flydende eller gasformig tilstand. Oxidationsmidlet er normalt ilt - fra luften eller rent. I en oxygen-brint brændselscelle med en alkalisk elektrolyt omdannes kemisk energi til elektrisk energi. Kraftværker bruges på rumfartøjer : de giver energi til rumfartøjer og astronauter .
Ansøgning
- Galvaniske celler bruges i alarmsystemet, lommelygter, ure, lommeregnere, lydsystemer, legetøj, radioer, biludstyr, fjernbetjeninger, computere.
- Batterier bruges til at starte bilmotorer; det er også muligt at bruge dem som midlertidige kilder til elektricitet på steder fjernt fra bebyggelsen.
- Brændselsceller bruges til produktion af elektrisk energi (ved kraftværker), nødstrømskilder, autonom strømforsyning, transport, strøm om bord, mobile enheder.
Ofte bruges kemiske strømkilder som en del af batterier (batterier) .
Se også
- brændstofceller
- Elektrokemi
- Elektrisk batteri
- Kemisk strømkilde
- Standardstørrelser af galvaniske elementer
- luft-zink element
- Thionylchlorid#Lithionylchloride_batterier
Noter
- ↑ Bastion. Batteri af Vasily Petrov . "Bastion". Hentet 9. februar 2019. Arkiveret fra originalen 9. februar 2019.
- ↑ Vasily Petrovs batteri . www.powerinfo.ru Hentet 9. februar 2019. Arkiveret fra originalen 15. juli 2019.
- ↑ Shatelen M. A. Russiske elektroingeniører fra anden halvdel af det 19. århundrede. - Moskva: Gosenergoizdats forlag og trykkeri, 1949. - S. 49. - 380 s.
- ↑ Petrov V. V. INFORMATION om galvanisk-voltaiske eksperimenter, som blev udført af professor i fysik Vasily Petrov. - Skt. Petersborg: Statens lægeskoles trykkeri, 1803.
- ↑ Fysiker Vasily Vladimirovich Petrov: biografi, opdagelser, opfindelser . Elektriker (28. juni 2017). Hentet 9. februar 2019. Arkiveret fra originalen 9. februar 2019.
- ↑ Vasily Petrovs "store første" batteri. The World of Electricity (utilgængeligt link) . librolife.ru. Hentet 9. februar 2019. Arkiveret fra originalen 9. februar 2019.
Litteratur
- Akhmetov N. S. Generel og uorganisk kemi
- Aksenovich L. A. Fysik i gymnasiet: Teori. Opgaver.
- Eremin V. V., Kargov S. I., Uspenskaya I. A., Kuzmenko N. E., Lunin V. V. Fundamentals of fysisk kemi. Teori og opgaver: lærebog for universiteter
Links
- Galvaniske celler og batterier // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
- Galvanisk celle // Encyclopedia "Teknik". — M .: Rosmen , 2006.
- Kemiske strømkilder // Great Soviet Encyclopedia : [i 30 bind] / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M . : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
- www.xumuk.ru/encyklopedia/914.html
 Ordbøger og encyklopædier | |
|---|---|
| I bibliografiske kataloger |