Galvanisk cell
Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 9 september 2021; kontroller kräver 7 redigeringar .En galvanisk cell (elektrokemisk krets) är en kemisk källa för elektrisk ström baserad på växelverkan mellan två metaller och/eller deras oxider i en elektrolyt , vilket leder till uppkomsten av en elektrisk ström i en sluten krets. Uppkallad efter Luigi Galvani . Omvandlingen av kemisk energi till elektrisk energi sker i galvaniska celler.
Således är en galvanisk cell en anordning där energin från en redoxkemisk reaktion omvandlas till elektrisk energi.
Historien om studiet av galvaniska processer
Fenomenet med förekomsten av en elektrisk ström vid kontakt med olika metaller upptäcktes av den italienske fysiologen , professor i medicin vid universitetet i Bologna ( Bologna , Italien ) - Luigi Galvani 1786 : Galvani beskrev processen för sammandragning av musklerna i bakbenen på en nylagad groda , fixerad på kopparkrokar , när de berörs med en stålskalpell . Observationerna tolkades av upptäckaren som en manifestation av "animalisk elektricitet".
Den italienske fysikern och kemisten Alessandro Volta , intresserad av Galvanis experiment, såg ett helt nytt fenomen - skapandet av ett flöde av elektriska laddningar. Genom att kontrollera Galvanis synvinkel gjorde A. Volta en serie experiment och kom till slutsatsen att orsaken till muskelkontraktion inte är "animalisk elektricitet", utan närvaron av en kedja av olika ledare i vätskan. Som bekräftelse bytte A. Volta ut grodbenet med en elektrometer som han uppfunnit och upprepade alla steg. År 1800 tillkännagav A. Volta offentligt sina upptäckter för första gången vid ett möte i Royal Society of London . I hans experiment är en andraklassledare (vätska) i mitten och är i kontakt med två förstklassiga ledare gjorda av två olika metaller. Som ett resultat uppstår en elektrisk ström i en eller annan riktning.
År 1802 designade den ryske fysikern Vasily Vladimirovich Petrov världens största galvaniska batteri, bestående av 4200 koppar- och zinkcirklar med en diameter på cirka 35 millimeter och en tjocklek på cirka 2,5 millimeter, mellan vilka papper placerades indränkt i en lösning av ammoniak . Det var Petrov som först applicerade isolering (med hjälp av tätningsvax ). Hela strukturen placerades i en massiv mahognyträlåda, täckt med ett isolerande lager av olika hartser [1] . Enligt moderna uppskattningar gav Petrovs batteri en spänning på cirka 1500V. [2] En rysk forskare undersökte egenskaperna hos detta batteri som en strömkälla och visade att dess funktion är baserad på kemiska processer mellan metaller och elektrolyt. M. A. Shatelen noterade att Petrovs experiment kan betraktas som forskning som lade grunden för modern elektrometallurgi i ljusbågsugnar. [3] Petrov använde det konstruerade batteriet för att skapa en elektrisk ljusbåge och experimenterade med det. Resultaten av hans arbete var detaljerade i verket "News of Galvani-Volta Experiments", [4] publicerat 1803. [5] [6]
Typer av elektroder
Sammansättningen av den galvaniska cellen inkluderar elektroder . Elektroderna är:
Vändbara elektroder
- Elektroder av det första slaget - elektroder som består av en metall nedsänkt i en lösning av dess salt;
- Elektroder av det andra slaget - en elektrod som består av en metall belagd med ett svårlösligt salt av samma metall, nedsänkt i en saltlösning som innehåller en vanlig anjon med ett olösligt salt ( silverkloridelektrod , kalomelelektrod , metalloxidelektroder);
- Elektroder av det tredje slaget - elektroder som består av två olösliga fällningar av elektrolyter: i en mindre löslig finns en katjon , som bildas av metallen i elektroden, och i en mer löslig finns en gemensam anjon med den första fällningen ;
- Gaselektroder - elektroder bestående av en inaktiv metall i lösning och gas ( syreelektrod , väteelektrod );
- Amalgamelektroder - elektroder bestående av en lösning av en metall i kvicksilver ;
- Redoxelektroder - elektroder som består av en inaktiv metall (ferri-ferro-elektrod, kinhydronelektrod ).
Jonselektiva membranelektroder
- Jonbytarmembranelektroder med fasta laddningar - glaselektrod ;
- Elektroder bestående av vätskeassocierade jonbytare ;
- Membranelektroder baserade på membranaktiva kelatorer ;
- Elektroder med mono- och polykristallina membran.
Egenskaper för galvaniska celler
Galvaniska celler kännetecknas av elektromotorisk kraft (EMF) , kapacitans; energin som han kan ge till den yttre kretsen; uthållighet.
- Den elektromotoriska kraften (EMF) hos en galvanisk cell beror på elektrodernas material och elektrolytens sammansättning. EMF beskrivs av de termodynamiska funktionerna hos de pågående elektrokemiska processerna i form av Nernst-ekvationen .
- Den elektriska kapacitansen för ett element är mängden elektricitet som strömkällan avger när den laddas ur. Kapaciteten beror på massan av reagens som lagras i källan och graden av deras omvandling; minskar med sjunkande temperatur eller ökande urladdningsström.
- Energin hos en galvanisk cell är numeriskt lika med produkten av dess kapacitans och spänning. Med en ökning av mängden av ämnet av reagenserna i elementet och upp till en viss gräns, med en ökning av temperaturen, ökar energin. Energin reduceras genom en ökning av urladdningsströmmen.
- Persistens är den period av lagring av ett element under vilken dess egenskaper förblir inom de angivna gränserna. Retentionen av ett element minskar med ökande lagringstemperatur.
Klassificering av galvaniska celler
Galvaniska primärceller är anordningar för direkt omvandling av kemisk energi , de reagens som finns i dem ( oxidationsmedel och reduktionsmedel ), till elektrisk energi . Reagenserna som utgör källan förbrukas under dess drift, och åtgärden upphör efter konsumtionen av reagenserna. Ett exempel på en galvanisk cell är Daniel - Jacobi -cellen .
Mangan-zinkceller som inte innehåller en flytande elektrolytlösning (torra celler, batterier) används ofta . I Leclanche - saltceller fungerar således zinkelektroden som en katod , en elektrod gjord av en blandning av mangandioxid och grafit fungerar som en anod och grafit fungerar som en strömavtagare. Elektrolyten är en pasta av ammoniumkloridlösning med tillsats av mjöl eller stärkelse som förtjockningsmedel.
Alkaliska mangan-zinkceller , i vilka kaliumhydroxidbaserad pasta används som elektrolyt , har ett antal fördelar (särskilt en betydligt större kapacitet, bättre drift vid låga temperaturer och vid höga belastningsströmmar).
Salt och alkaliska element används ofta för att driva radioutrustning och olika elektroniska enheter.
Sekundära strömkällor ( ackumulatorer ) är enheter där den elektriska energin från en extern strömkälla omvandlas till kemisk energi och ackumuleras, och den kemiska energin återigen omvandlas till elektrisk energi.
Ett av de vanligaste batterierna är bly (eller syra) . Elektrolyten är en 25-30% svavelsyralösning . Elektroderna i ett surt batteri är blygaller fyllda med blyoxid , som, när de interagerar med elektrolyten, förvandlas till bly(II)sulfat - PbSO 4 .
Det finns också alkaliska batterier: nickel-kadmium- och nickel-metallhydridbatterier har fått den största användningen , där kaliumhydroxid (K-OH) fungerar som en elektrolyt .
I olika elektroniska enheter ( mobiltelefoner , surfplattor , bärbara datorer ) används främst litiumjon- och litiumpolymerbatterier , som kännetecknas av hög kapacitet och ingen minneseffekt .
Elektrokemiska generatorer ( bränsleceller ) är element där kemisk energi omvandlas till elektrisk energi. Oxidationsmedlet och reduktionsmedlet lagras utanför cellen och tillförs kontinuerligt och separat till elektroderna under drift. Under driften av bränslecellen förbrukas inte elektroderna. Reduktionsmedlet är väte (H2 ), metanol (CH3OH ) , metan ( CH4 ) ; i flytande eller gasformigt tillstånd. Oxidationsmedlet är vanligtvis syre - från luften eller rent. I en syre-vätebränslecell med en alkalisk elektrolyt omvandlas kemisk energi till elektrisk energi. Kraftverk används på rymdfarkoster : de ger energi till rymdfarkoster och astronauter .
Applikation
- Galvaniska celler används i larmsystemet, ficklampor, klockor, miniräknare, ljudsystem, leksaker, radioapparater, bilutrustning, fjärrkontroller, datorer.
- Batterier används för att starta bilmotorer; det är också möjligt att använda dem som tillfälliga elkällor på platser långt från bosättningar.
- Bränsleceller används vid produktion av elektrisk energi (vid kraftverk), nödkraftskällor, autonom kraftförsörjning, transport, ombordström, mobila enheter.
Ofta används kemiska strömkällor som en del av batterier (batterier) .
Se även
- bränsleceller
- Elektrokemi
- Elektriskt batteri
- Kemisk strömkälla
- Standardstorlekar på galvaniska element
- luft-zink element
- Tionylklorid#litionylkloridbatterier
Anteckningar
- ↑ Bastion. Batteri av Vasily Petrov . "Bastion". Hämtad 9 februari 2019. Arkiverad från originalet 9 februari 2019.
- ↑ Vasilij Petrovs batteri . www.powerinfo.ru Hämtad 9 februari 2019. Arkiverad från originalet 15 juli 2019.
- ↑ Shatelen M. A. Ryska elektroingenjörer från andra hälften av 1800-talet. - Moskva: Gosenergoizdats förlag och tryckeri, 1949. - S. 49. - 380 sid.
- ↑ Petrov V. V. INFORMATION om galvanisk-voltaiska experiment, som utfördes av professorn i fysik Vasily Petrov. - St. Petersburg: Statens medicinska högskolas tryckeri, 1803.
- ↑ Fysikern Vasily Vladimirovich Petrov: biografi, upptäckter, uppfinningar . Elektriker (28 juni 2017). Hämtad 9 februari 2019. Arkiverad från originalet 9 februari 2019.
- ↑ Vasilij Petrovs "stora första" batteri. The World of Electricity (inte tillgänglig länk) . librolife.ru. Hämtad 9 februari 2019. Arkiverad från originalet 9 februari 2019.
Litteratur
- Akhmetov N. S. Allmän och oorganisk kemi
- Aksenovich L. A. Fysik i gymnasiet: Teori. Uppgifter.
- Eremin V. V., Kargov S. I., Uspenskaya I. A., Kuzmenko N. E., Lunin V. V. Grunderna i fysikalisk kemi. Teori och uppgifter: lärobok för universitet
Länkar
- Galvaniska celler och batterier // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 volymer (82 volymer och 4 ytterligare). - St Petersburg. 1890-1907.
- Galvanisk cell // Encyclopedia "Technique". — M .: Rosmen , 2006.
- Kemiska strömkällor // Great Soviet Encyclopedia : [i 30 volymer] / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M . : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
- www.xumuk.ru/encyklopedia/914.html
 Ordböcker och uppslagsverk | |
|---|---|
| I bibliografiska kataloger |