Кто изобрел гальванический элемент: Кто изобрел гальванический элемент

Кто изобрел гальванический элемент

Гальванический элемент – это источник электрической энергии, принцип действия основан на химических реакциях. Большинство современных батареек и аккумуляторов подпадает под определение и относится к рассматриваемой категории. Физически гальванический элемент состоит из проводящих электродов, погруженных в одну или две жидкости (электролиты).

Общая информация

Гальванические элементы делятся на первичные и вторичные в соответствии со способностью вырабатывать электрический ток. Оба вида считаются источниками и служат для различных целей. Первые вырабатывают ток в ходе химической реакции, вторые функционируют исключительно после зарядки. Ниже обсудим обе разновидности. По количеству жидкостей различают две группы гальванических элементов:

Ярким примером приборов с единственной жидкостью считаются вольтов столб (1800 год) и элемент Волластона, которым пользовался первоначально Георг Ом в собственных исследованиях. Он состоял из медных пластин, свёрнутых в полые цилиндрической форму поверхности: первая вставлена во вторую. Обе ограждены от соприкосновения при помощи деревянных распорок. Электролитом служит разбавленная серная кислота. В результате происходит удвоение рабочих поверхностей. В ходе реакции образуется сульфат меди с выделением водорода, а цинк окисляется. В батарейках один электрод обычно угольный.

Источник электрической энергии

Непостоянство источников питания с единственной жидкостью заметил Ом, открыв неприемлемость гальванического элемента Волластона для экспериментов по исследованию электричества. Динамика процесса такова, что в начальный момент времени ток велик и вначале растёт, потом за несколько часов падает до среднего значения. Современные аккумуляторы капризны.

История открытия химического электричества

Мало известен факт, что в 1752 году гальваническое электричество упоминалось Иоганном Георгом. Издание Исследование происхождения приятных и неприятных ощущений, выпущенное Берлинской академией наук, даже придавало явлению вполне правильное толкование.

Объяснение явления: видимо, имеются некие частицы металла, раздражающие рецепторы языка. Частицы испускаются одной пластиной при соприкосновении. Причём один металл при этом растворяется. Собственно, налицо принцип действия гальванического элемента, где цинковая пластина постепенно исчезает, отдавая энергию химических связей электрическому току. Объяснение сделано за полвека до официального доклада Королевскому обществу Лондона Алессандро Вольта об открытии первого источника питания. Но, как происходит часто с открытиями, к примеру, электромагнитным взаимодействием, опыт остался незамечен широкой научной общественностью и не исследован должным образом.

Добавим, это оказалось связано с недавней отменой преследования за колдовство: немногие решались после печального опыта «ведьм» на изучение непонятных явлений. Иначе обстояло дело с Луиджи Гальвани, с 1775 года работающим на кафедре анатомии в Болонье. Его специализаций считались раздражители нервной системы, но светило оставил значимый след не в области физиологии. Ученик Беккарии активно занимался электричеством. Во второй половине 1780 года, как следует из воспоминаний учёного (1791, De Viribus Electricitatis in Motu Muscylary: Commentarii Bononiensi, том 7, стр. 363), в очередной раз производилось препарирование лягушки (опыты и потом длились долгие годы).

Примечательно, что необычное явление подмечено ассистентом, в точности, как с отклонением стрелки компаса проводом с электрическим током: открытие сделали лишь косвенно связанные с научными исследованиями люди. Наблюдение касалось подергиваний нижних конечностей лягушки. В ходе опыта ассистент задел внутренний бедренный нерв препарируемого животного, ножки дёрнулись. Рядом, на столе стоял электростатический генератор, на приборе проскочила искра. Луиджи Гальвани немедленно загорелся идеей повторить опыт.

Опыты Луиджи Гальвани

Образовалась параллель связи с электричеством, и Гальвани возжелал узнать, станет ли на лягушку действовать подобным образом гроза. Оказалось, что природные катаклизмы не оказывают заметного воздействия. Лягушки, прикреплённые медными крючками за спинной мозг к железной ограде, дёргались вне зависимости от погодных условий. Опыты не удавалось реализовать со 100-процентной повторяемостью, атмосфера воздействия не оказывала. В итоге Гальвани нашёл сонм пар, составленных из разных металлов, которые при соприкосновении между собой и нервом вызывали подёргивание лапок у лягушки. Сегодня явление объясняют различной степенью электроотрицательности материалов. К примеру, известно, что нельзя алюминиевые пластины клепать медью, металлы составляют гальваническую пару с ярко выраженными свойствами.

Гальвани справедливо заметил, что образуется замкнутая электрическая цепь, предположил, что лягушка содержит животное электричество, разряжаемое подобно лейденской банке. Алессандро Вольта не принял объяснения. Внимательно изучив описание экспериментов, Вольта выдвинул объяснение, что ток возникает при объединении двух металлов, непосредственно или через электролит тела биологического существа. Причина возникновения тока кроется в материалах, а лягушка служит простым индикатором явления. Цитата Вольты из письма, адресованного редактору научного журнала:

Проводники первого рода (твёрдые тела) и второго рода (жидкости) при соприкосновении в некоторой комбинации рождают импульс электричества, сегодня нельзя объяснить причины возникновения явления. Ток течёт по замкнутому контуру и исчезает, если целостность цепи нарушена.

Вольтов столб

Лепту в череду открытий внёс Джованни Фаброни, сообщивший, что при размещении двух пластинок гальванической пары в воду, одна начинает разрушаться. Следовательно, явление имеет отношение к химическим процессам. А Вольта тем временем изобрёл первый источник питания, долгое время служивший для исследования электричества. Учёный постоянно искал способы усиления действия гальванических пар, но не находил. В ходе опытов создана конструкция вольтова столба:

1. Попарно брались цинковые и медные кружки в плотном соприкосновении друг с другом.
2. Полученные пары разделялись мокрыми кружками картона и ставились друг над другом.

Легко догадаться, получилось последовательное соединение источников тока, которые суммируясь, усиливали эффект (разность потенциалов). Новый прибор вызывал при прикосновении ощутимый для руки человека удар. Подобно опытам Мушенбрука с лейденской банкой. Однако для повторения эффекта требовалось время. Стало очевидно, что источник энергии имеет химическое происхождение и постепенно возобновляется. Но привыкнуть к понятию нового электричества оказалось непросто. Вольтов столб вёл себя подобно заряженной лейденской банке, но…

Вольта организует дополнительный эксперимент. Снабжает каждый из кружков изолирующей ручкой, приводит в соприкосновение на некоторое время, потом размыкает и проводит исследование электроскопом. К тому времени уже стал известен закон Кулона, выясняется, что цинк зарядился положительно, а медь – отрицательно. Первый материал отдал электроны второму. По указанной причине цинковая пластина вольтова столба постепенно разрушается. Для изучение работы назначили комиссию, которой представили доводы Алессандро. Уже тогда путём умозаключений исследователь установил, что напряжение отдельных пар складывается.

Вольта объяснил, что без мокрых кружков, прокладываемых между металлами, конструкция ведёт себя как две пластинки: медная и цинковая. Усиления не происходит. Вольта нашёл первый ряд электроотрицательности: цинк, свинец, олово, железо, медь, серебро. И если исключить промежуточные металлы между крайними, «движущая сила» не изменяется. Вольта установил, что электричество существует, пока соприкасаются пластины: сила не видна, но легко чувствуется, следовательно, она истинна. Учёный 20 марта 1800 года пишет президенту Королевского общества Лондона сэру Джозефу Бэнксу, к которому обращался впервые и Майкл Фарадей.

Английские исследователи быстро обнаружили: если на верхнюю пластину (медь) капнуть воды, в указанной точке в районе контакта выделяется газ. Они проделали опыт с обоих сторон: провода подходящей цепи заключили в колбы с водой. Газ исследовали. Оказалось, что газ горючий, выделяется лишь с единственной стороны. С противоположной заметно окислилась проволока. Установлено, что первое является водородом, а второе явление происходит вследствие избытка кислорода. Установлено (2 мая 1800 года), что наблюдаемый процесс – разложение воды под действием электрического тока.

Уильям Крукшенк немедленно показал, что аналогичное допустимо проделать с растворами солей металлов, а Волластон окончательно доказал идентичность вольтова столба статическому электричеству. Как выразился учёный: действие слабее, но обладает большей продолжительностью. Мартин Ван Марум и Христиан Генрих Пфафф зарядили от элемента лейденскую банку.

Кислота намного улучшает работоспособность, ускоряя процесс выработки электричества. В конце концов Дэви создал стройную теорию вольтова столба. Он пояснил, что металлы изначально обладают неким зарядом, при замыкании контактов вызывающим действие элемента. Если электролит способен окислять поверхность донора электронов, слой истощённых атомов постепенно удаляется, открывая новые слои, способные давать электричество.

В 1803 году Риттер собрал столб из чередующихся кружков серебра и мокрого сукна, прообраз первого аккумулятора. Риттер зарядил его от вольтова столба и наблюдал процесс разрядки. Правильное толкование явлению дал Алессандро Вольта. И лишь в 1825 году Огюст де ла Рив доказал, что перенос электричества в растворе осуществляется ионами вещества, наблюдая образование оксида цинка в камере с чистой водой, отделённой от соседней мембраной.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое “Гальванический элемент” в других словарях:

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ — химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно восстановительной реакцией. В состав гальванического элемента входят два разнородных электрода (один… … Большой Энциклопедический словарь

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ — источник тока, в котором электрическая энергия возникает за счёт химической реакции. Гальванический элемент состоит из 2 электродов, помещённых в электропроводную жидкость (электролит). Применяются почти исключительно «сухие» элементы, в которых… … Краткая энциклопедия домашнего хозяйства

Гальванический элемент — ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, химический источник тока; вырабатывает электроэнергию в результате прямого преобразования химической энергии окислительно восстановительной реакций. Различают гальванический элемент одноразового (первичные элементы),… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

гальванический элемент — элемент Химический источник тока, состоящий из электродов и электролита, заключенных в один сосуд, предназначенный для разового или многократного разряда. [ГОСТ 15596 82] EN cell basic functional unit, consisting of an assembly of electrodes,… … Справочник технического переводчика

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ — первичный источник постоянного электр. тока, в к ром хим. энергия, освобождающаяся при хим. процессах, превращается в электрическую. Технический железнодорожный словарь. М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. Н. Н.… … Технический железнодорожный словарь

гальванический элемент — – система, в которой химическая энергия окислительно восстановительного процесса превращается в электрическую. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] … Химические термины

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ — устройство, в котором электрическая энергия получается за счёт самопроизвольной хим. реакции. Простой хим. источник тока состоит из двух электродов отрицательного (напр. цинк) и положительного (напр. медь, оксиды металлов, уголь), погружённых в… … Большая политехническая энциклопедия

гальванический элемент — химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно восстановительной реакции. В состав гальванического элемента входят два разнородных электрода (один … … Энциклопедический словарь

гальванический элемент — elektrocheminis elementas statusas T sritis chemija apibrėžtis Cheminis elektros energijos šaltinis, kuriame elektrocheminių reakcijų energija verčiama elektros energija. atitikmenys: angl. electrochemical cell; element; galvanic cell; voltaic… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Гальванический элемент — 2. Гальванический элемент Элемент Galvanisches Element Химический источник тока, состоящий из электродов и электролита, заключенных в один сосуд, предназначенный для разового или многократного разряда Источник: ГОСТ 15596 82: Источники тока… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Эта музыка будет вечной

если я заменю батарейки

Слово «батарея», происходящее от французского слова «batterie», настолько давно вошло в русский язык, что точный словарный перевод по степени очевидности вызывает в памяти бессмертные строчки из Чехова: – «Волга впадает в Каспийское море, лошади кушают овес и сено». Вот сами посудите, это строчка из русско-французского разговорника:

фр. batterie (сущ.) – батарея.

Только серьезно задавшись целью выяснить этимологию этого слова, через некоторое время можно добраться до объяснения, что batterie – это battre «бить» – соединение нескольких однотипных приборов, устройств в единую систему или установку для эффективного совместного действия. Название происходит от артиллерийской батареи, как исторически первого типа батарей. Впоследствии название стало употребляться для обозначения соединения однотипных предметов вообще.

Кстати, отсюда вытекает то, что в быту мы в общем-то неправильно называем батареями пальчиковые элементы питания, потому что они – сюрприз – одиночные гальванические элементы.

Итак, наш пост про гальванические элементы, иначе именуемые батарейками.

Быстренько пробежимся по истории. Хотя в последнее время археологи стали утверждать, что что-то похожее на химические источники тока появились в Мессопотамии за 100 лет до н. э. (так называемая Багдадская батарейка), но это все на уровне гипотезы, а официальное рождение батареи относят к 1800г, когда итальянский физик Алессандро Вольта, основываясь на опытах итальянского врача и анатома Луиджи Гальвани, сделал устройство, получившее впоследствии название «вольтов столб». Сложив стопку высотой полметра из пластинок цинка, меди и войлока, смоченного раствором серной кислоты, Вольта, приложив руки к концам стопки, получил весьма чувствительный удар током. Так началась электрическая эра.

Изобретение Алессандро Вольта произвело фурор в обществе, Вольта осыпали почестями и наградами, его именем назвали единицу электрического напряжения. Свою долю славы получил и Луиджи Гальвани – в честь его электрохимический элемент, изобретенный Вольта, называется гальваническим (несколько парадоксально, конечно).

Для легкости понимания давайте вспомним немного сведений из школьной программы про гальванический элемент. Я, естественно, не помнил, поэтому пришлось читать. Прочел, осмыслил длинную нудную фразу и пересказываю более простыми словами: гальванический элемент – это источник электрического тока, основанный на химической реакции двух металлов (или их оксидов для удешевления/простоты использования), один из металлов, именуемый анодом, всегда более активный, чем второй, называемый катодом, эти металлы помещены в токопроводящую среду, именуемую электролитом, при соединении этих металлов проводником образуется электрическая цепь и начинает вырабатываться ток, который бежит от анода (-) к катоду (+).

(Перечитав) Ну, тоже длинно, но хоть более-менее понятно.

Гальванические элементы делятся на два типа – первичные и вторичные. Первичные напрямую преобразуют химическую энергию, содержащуюся в реагентах гальванического элемента, в электрическую энергию. Этот процесс идет до полного расхода реагентов, после чего выработка электричества прекращается. Проще говоря, это одноразовые элементы. Все батарейки являются первичными гальваническими элементами.

Вторичные гальванические элементы – элементы, в которых электрическая энергия от внешнего источника тока превращается в химическую энергию и накапливается, а затем, при необходимости, химическая энергия снова превращается в электрическую. Эти вторичные элементы называются аккумуляторами. Про аккумуляторы мы опустим, эта обширная тема достойна отдельной большой статьи.

Одним из первых гальванических элементов, которым можно было пользоваться вне лабораторий, был изобретен Жоржем Лекланше в 1866 году. Конструкция имени Лекланше проста – цинковый анод, катод из диоксида марганца с углем, размещенные в электролите из хлорида аммония, т.е. соли аммония. В течении некоторого времени элемент Лекланше претерпел изменения: цинковый анод стал делаться в виде цинкового стаканчика, в стаканчике размещен катод из смеси диоксида марганца и графита, в центре катода находится угольный стержень, являющийся токосъемником (в некоторых источниках именно он неправильно называется катодом), катод окружен электролитом из хлорида аммония с добавкой хлорида цинка, только не в жидком виде, как у Лекланше, а в загущенном, в виде геля, из-за добавления крахмала и муки. Это необходимо для того, чтобы электролит не мог вытечь или высохнуть при хранении и эксплуатации элемента. Элементы с загущенным электролитом получили название «сухие батареи».

А вот сейчас, между прочим, вы прочли описание классической конструкции солевого гальванического элемента, по такой технологии он производится уже 150 лет без особого изменения. Получается как-то не очень хорошо с темпами развития науки в смежных областях – в отличие от бурного, взрывного роста возможностей электроники, за 60 лет уменьшившее компьютер MARK-1 весом 5 тонн и площадью 60 кв.м до микросхемы весом в доли грамма и площадью с булавочную головку, причем с намного большими возможностями, и этот хайтек питает энергией древняя двухсотлетняя технология. Печально. А что еще грустно, фирмы, выпускающие элементы питания, не испытывают никаких иллюзий в появлении прорывных, революционных технологий производства портативных источников тока и откровенно говорят, что в ближайшем и даже не очень ближайшем будущем нас ожидает только постепенное улучшение характеристик батарей. Понемногу, по проценту – по полпроцента в год.

Разумеется, какие-то всплески на плавном растущем графике улучшения характеристик были. И одним из всплесков было появление щелочных батарей.

Щелочная, она же алкалайновая (алкалиновая) батарея.

Впервые щелочные батарейки выпустила компания Eveready (ныне Energizer) в 1959г. Принцип ее работы практически идентичен принципу работы солевой батареи – анод из цинка, катод из диоксида марганца, единственное отличие в составе электролита – он не из соли аммония, как в солевой, а из раствора щёлочи, обычно гидроксида калия. И конструкция элемента отличается – она, так сказать, вывернута наизнанку по сравнению с конструкцией солевого элемента. У солевого элемента анод в виде цинкового стаканчика, заполненный катодом в виде диоксида марганца, разделенным электролитом из соли аммония, а у щелочной батареи анод в виде пасты из цинкового порошка в смеси с электролитом находится внутри катода из смеси диоксида марганца с графитом. Анод и катод разделены тонким сепаратором, пропитанным электролитом, и все это располагается в стальном корпусе. Получается, что если у солевого элемента корпус (-), а центральный токоотвод (+), то у щелочного элемента все наоборот, корпус (+), а центральный токоотвод (-).

Такая конструкция, разумеется, сделана не просто так. Выше упоминалось, что первичные гальванические элементы преобразуют химическую энергию, содержащуюся в реагентах элемента. В солевых элементах при химической реакции расходуются все реагенты, составляющие этот элемент – анод, катод, электролит. А в щелочном элементе при химической реакции расходуется только анод и катод, электролит не расходуется. Поэтому электролита там совсем мало, и освободившееся место электролита заполнено увеличенным количеством анода и катода, что значительно увеличивает электроемкость щелочного элемента. И здесь мы плавно переходим к рассмотрению преимуществ и недостатков солевых и щелочных источников питания.

Форм-фактор распространенных гальванических элементов

Преимущества и недостатки солевых и щелочных элементов.

У солевых сейчас осталось только одно преимущество – цена. Технология производства проста и вылизана до идеала уже давным-давно, стоимость реагентов и материалов низка, поэтому себестоимость очень маленькая. Но на этом преимущества кончаются и начинаются недостатки, а именно:

Маленькая емкость. В среднем емкость солевого элемента в 3-5 меньше, чем у щелочного. К тому же это при малой и средней нагрузке, при высокой нагрузке (мощные фонари, фотоаппараты и видеокамеры) разница в емкости еще больше увеличивается и достигает 10. Т.е., к примеру, солевая батарейка питает маломощный прибор, скажем, 10 дней, а щелочная 10*3=30 дней; такая же солевая батарейка обеспечит энергий фотоаппарат со вспышкой в течение 10 минут, а такая же щелочная 10*10=100 минут.

Маленький срок хранения. У солевого элемента – 2 года, у щелочного – 7-10 лет. Срок хранения солевой батареи можно увеличить, если держать ее в холодильнике, при низкой температуре химические реакции, при которой происходит саморазряд, замедляются. Для щелочных элементов температура хранения некритична.

Узкий температурный диапазон эксплуатации. Солевые батареи вообще не могут работать при отрицательных температурах, а щелочная при -20 °С отдает такую же емкость, как солевая в режиме беспрерывного разряда при комнатной температуре.

В последние несколько лет в продаже появились новый тип элементов – литиевый. Принцип действия все так же похож на принцип солевого и щелочного элемента, но анод изготовлен из лития или его соединения. Из химии известно, что литий имеет наивысший отрицательный потенциал по отношению к остальным металлам, соответственно, он имеет наибольшее номинальное напряжение при минимальных размерах. И другие параметры тоже превосходные –очень большое время хранения (до 15 лет), исключительно малые токи саморазряда и высокая степень герметичности, хранение и работа в широком диапазоне отрицательных и положительных температур. Но цена, цена.

Некоторые советы от опытных пользователей касательно батареек.

Не надо стремиться покупать элементы известных фирм, которые на слуху благодаря навязчивой рекламе. Ведь рекламный бюджет надо отбивать, и расходы на рекламу включаются в цену товара. Да, высокотехнологичная батарейка может оказаться самой долгоиграющей, но ее цена взлетает в небеса; две же обычные батарейки по емкости спокойно перекрывают одну супербатарейку, и к тому же стоимость двух обычных оказывается дешевле, чем одной именитой. На одном сайте был проведен большой тест батареек различных фирм, там посчитали комплексный параметр цена/емкость, и в результате тестов лидером отказалась безымянная батарейка, продающаяся в гипермаркете Ашан, ее ватт мощности оказался самым дешевым, оставив далеко позади именитые фирмы. А известная история с батарейками фирмы «Космос», появившиеся в продаже несколько лет назад, покупатели, которые купили эти батарейки, с удивлением и даже некоторым шоком отмечали, что эти батарейки ничуть не хуже, а зачастую и существенно лучше грандов, при цене на порядок ниже.

Севшие солевые батарейки можно восстановить. Делается это двумя способами – обстукиванием корпуса батарейки и зарядкой (да, солевые перезаряжаются) током специальной формы. Обстукивание – самый простой способ восстановления. Суть – под ударной нагрузкой с цинкового анода стряхиваются продукты реакции, налипшие на анод и препятствующие дальнейшей реакции. Стучать надо без особого фанатизма, иначе рискуешь повредить корпус, и электролит вытечет. Перезаряжать – сложнее, здесь требуется «умная» зарядка, которая стоит дорого и не везде продается, и тоже существует риск повреждения элементов.

За пределами поста осталось много интересных элементов (воздушно-цинковые, ртутные, серебряные и т.д.), описание их категорически не влезает в отведенный объем. Но все это перепевы классического гальванического элемента, изобретенного почти 200 лет назад. Выше упоминалось, что фирмы, производящие источники тока, особых прорывов не ожидают. Но интересно же заглянуть за горизонт? И ученые уже предлагают совсем иные принципы работы источников питания для все увеличивающихся в размере и количеству носимых нами гаджетов. Перечислю некоторые научные проекты: преобразование тепла человека в электричество с помощью стеклоткани, канализирование света с помощью фотоэлектрических органических ячеек, преобразование лактатов из человеческого пота в электричество с помощью «биотатуировки». Интересно, что же из этого выстрелит?

Гальванические элементы. Виды и устройство. Работа и особенности

В первых опытах ученых в емкость с кислотой опускали две металлические пластины: медную и цинковую. Пластины соединяли проводником, после чего на медной пластине появлялись газовые пузырьки, а цинковая пластина стала растворяться. Было доказано, что по проводнику проходит электрический ток. Это исследование начинал итальянский ученый Гальвани, от него и получили название гальванические элементы.

После этого ученый Вольта разработал цилиндрическую форму этого элемента в виде вертикального столбика, включающего в себя набор колец меди, цинка и сукна, соединенных друг с другом, и пропитанных кислотой. Разработанный Вольтом вертикальный элемент полуметровой высоты вырабатывал напряжение, которое мог почувствовать человек.

Гальванические элементы — это источники электрической энергии, вырабатывающие электрический ток методом химического взаимодействия двух металлов в электролите. Химическая энергия в гальванических элементах преобразуется в электрический ток.

Батарейки широко используются для питания разных электронных устройств, приборов, цифровой техники и делятся на три основных вида:

1. Солевые.
2. Щелочные.
3. Литиевые.

Такие батарейки относятся к марганцево-цинковым элементам питания, и являются наиболее применяемыми в настоящее время.

Достоинствами солевых батареек являются:

• Приемлемые электрические параметры для многих областей использования.
• Удобство применения.
• Малая цена ввиду небольших расходов на изготовление.
• Простая технология изготовления.
• Дешевое и доступное сырье.

Длительное время этот вид батареек является наиболее популярным, благодаря соотношению качества и цены. Однако в последние годы заводы изготовители уменьшают производство солевых гальванических элементов, и даже отказываются от выпуска, так как требования к источникам питания повышаются производителями электронной техники.

Недостатками солевых батареек являются:

• Малый срок хранения, не более 2-х лет.
• Резкое падение свойств при снижении температуры.
• Резкое уменьшение емкости при повышении рабочего тока до эксплуатационных значений современных потребителей.
• Быстрое уменьшение напряжения во время работы.

Солевые гальванические элементы в конце своего разряда могут потечь, что связано с вытеканием электролита из-за увеличения объема положительного электрода, который выдавливает электролит. Активная масса плюсового электрода состоит из диоксида марганца и электролита. Сажа и графит, добавленный в активную смесь, повышают электропроводность активной смеси. Их доля равна от 8 до 20% в зависимости от марки батарейки. Для увеличения срока работы окислителя активную смесь насыщают электролитом.

Минусовой электрод изготавливают из очищенного цинка, устойчивого к коррозии. В нем остается небольшая доля кадмия или свинца, являющегося ингибиторами коррозии. Раньше в батарейках в качестве электролита использовали хлорид аммония. Он участвует в реакции образования тока, создает проходимость ионов. Но такой электролит не показал хороших результатов, и его заменили хлоридом цинка с примесями хлорида кальция. Марганцево-кислые элементы работают дольше, и показывают лучшие результаты при пониженных температурах.

В солевых гальванических элементах отрицательным полюсом является цинковый корпус 7. Плюсовой электрод 6 изготовлен из активной прессованной массы, пропитанной электролитом. По центру этой массы находится угольный стержень 5, обработанный парафином для удержания влаги в электролите. Верхняя часть стержня закрыта металлическим колпаком. В сепараторе 4 находится густой электролит. В газовую камеру 1 поступают газы, образованные при работе батарейки. Сверху батарейку закрывают прокладкой 3. Весь гальванический элемент заключают в футляр 2, выполненный из картона или фольги.

Щелочные элементы питания появились в середине прошлого века. В них в качестве окислителя выступает диоксид марганца, а в качестве восстановителя порошковый цинк. Это дает возможность увеличить поверхность. Для предохранения от коррозии раньше применялось амальгамирование. Но после запрета на ртуть используют очищенные цинковые порошки с добавлением других металлов и ингибиторов коррозии.

Активным веществом анода щелочной (алкалиновой) батарейки стал очищенный цинк в виде порошка с добавлением алюминия, индия или свинца. Активная смесь катода включает в себя диоксид марганца, ацетиленовую сажу или графит. Электролит алкалиновых батареек состоит из едкого натра или калия с добавлением оксида цинка.

Порошковый анод позволяет значительно повысить использование активной смеси, в отличие от солевых батареек. Алкалиновые батарейки обладают значительно большей емкостью, чем солевые, при равных габаритных размерах. Они хорошо себя показали в работе на морозе.

Особенностью устройства алкалиновых элементов является порошковый цинк, поэтому вместо цинкового стакана используют стальной корпус для положительного вывода. Активная смесь положительного электрода находится возле внутренней стенки стального корпуса. В алкалиновой батарейке есть возможность разместить больше активной смеси положительного электрода, в отличие от солевой.

В активную смесь вставляется целлофановый сепаратор, смоченный электролитом. По центру батарейки проходит латунный отрицательный электрод. Остальной объем между сепаратором и отрицательным токоотводом заполняется анодной пастой в виде порошкового цинка, пропитанного густым электролитом. Обычно в качестве электролита используют щелочь, насыщенную специальными соединениями цинка. Это дает возможность предотвратить потребление щелочи в начале работы элемента, и снизить коррозию. Масса щелочных батареек выше солевых из-за стального корпуса и большей плотности активной смеси.

По многим основным параметрам алкалиновые гальванические элементы превосходят солевые элементы. Поэтому в настоящее время увеличивается объем производства щелочных батареек.

Литиевые гальванические элементы применяются в различных современных устройствах. Они выпускаются различных типоразмеров и видов.

Существуют литиевые батарейки и литиевые аккумуляторы, имеющие между собой большие отличия. Батарейки имеют в составе твердый органический электролит, в отличие от других видов элементов. Литиевые элементы используются в местах, где требуются средние и малые токи разряда, стабильное рабочее напряжение. Литиевый аккумулятор можно перезаряжать определенное количество раз, а батарейки не предназначены для этого, и используются только один раз. Их запрещается вскрывать или перезаряжать.

• Надежная герметизация корпуса. Нельзя допускать утечки электролита и проникновения внутрь других веществ из внешней среды. Нарушение герметичности приводит к их возгоранию, так как литий является высоко активным элементом. Гальванические элементы с нарушенной герметичностью не годятся для эксплуатации.
• Изготовление должно проходить в герметичных помещениях с аргоновой атмосферой и контролем влажности.

Форма литиевых аккумуляторов бывает цилиндрической, дисковой или призматической. Габариты практически не отличаются от других видов батареек.

Литиевые гальванические элементы обладают более длительным сроком работы, по сравнению с другими элементами. Область применения очень широка:

• Космическая промышленность.
• Авиационное производство.
• Оборонная промышленность.
• Детские игрушки.
• Медицинская техника.
• Компьютеры.
• Фото- и видеокамеры.

Преимущества

• Широкий интервал рабочих температур.
• Компактные размеры и масса.
• Длительная эксплуатация.
• Стабильные параметры в различных условиях.
• Большая емкость.

Недостатки

• Возможность внезапного возгорания при несоблюдении правил пользования.
• Высокая цена, по сравнению с другими видами батареек.

Действие гальванических элементов основано на том, что два разных металла в среде электролита взаимодействуют между собой, в результате чего во внешней цепи образуется электрический ток.

Такие химические элементы сегодня называют батарейками. Величина напряжения батарейки зависит от применяемых видов металлов и от числа элементов, находящихся в ней. Все устройство батарейки расположено в металлическом цилиндре. Электроды представляют собой металлические сетки с напылением восстановителя и окислителя.

Батарейки не могут восстанавливать утраченные свойства, так как в них осуществляется прямое преобразование химической энергии окислителя и восстановителя в электрическую. Химические реагенты при функционировании батарейки постепенно расходуются, а электрический ток уменьшается.

Отрицательный вывод батарейки выполнен из цинка или лития, он теряет электроны и является восстановителем. Другой положительный вывод играет роль окислителя, его изготавливают из оксида магния или солей металлов. Состав электролита в обычных условиях не пропускает через себя электрический ток. При замыкании электрической цепи начинается распад электролита на ионы, что обуславливает появление его электрической проводимости. Электролит состоит чаще всего из раствора кислоты или солей натрия и калия.

Похожие темы:

Первый гальванический элемент – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Первый гальванический элемент

Cтраница 1

Первый гальванический элемент был построен А. Элемент состоял из медных и цинковых пластинок, между которыми помещались смоченные в уксусной кислоте прокладки из сукна. Возникновение электрического тока в нем сопровождается химическими превращениями на электродах.  [1]

Первый гальванический элемент был построен Вольтером в конце XVIII в.  [2]

Первым гальваническим элементом был вольтов столб, а затем батарея Петрова.  [3]

Задолго до того, как был построен первый гальванический элемент, и даже, пожалуй, раньше, чем были осознаны какие-либо электрические явления, человечество познакомилось с постоянными магнитами природного происхождения и, соответственно, с магнитными явлениями.  [4]

Первые шаги экспериментальной электрохимии были связаны с открытием Гальвани и Вольта примитивных источников тока – первых гальванических элементов. Сочетание анодного растворения с последующим катодным электроосаждением лежит в основе рафинирования металлов электролизом.  [5]

В тридцатых годах нашего века немецкий археолог Ке-ииг нашел в районе Багдада керамический сосуд с остатками меди и железа и высказал предположение, что это не что иное, как первый гальванический элемент. В 1962 г. в районе древнего города Селевкия, расположенного южнее Багдада на высоком берегу Тигра, американские археологи вновь обнаружили загадочные конусообразные керамические сосуды с разъединенными медными цилиндрами и железными брусками внутри. Неподалеку раскопали серебряные украшения, на которых хорошо сохранилась позолота. Вручную нанести тонкий слой золота поверх серебра невозможно. В наши дни для этого пользуются электролизом.  [6]

Гальванические элементы ( или, как их часто называют, электрохимические преобразователи энергии) стали использоваться еще на самых ранних этапах развития теории электричества и химии, В учебниках обычно утверждается, что первый гальванический элемент был собран профессором университета в Павии Вольта в 1800 г. Столб Вольта представлял собой колонку из цинковых и медных дисков, разделенных пропитанными разбавленной серной кислотой войлочными прокладками. Однако, по-видимому, первый элемент был построен тремя годами раньше Гумбольдтом.  [7]

Первый гальванический элемент был создан в 1799 г. итальянским физиком А. Элемент Вольта, состоящий из цинкового и медного электродов, погруженных в разбавленный раствор серной кислоты, работает крайне непродолжительное время. Объясняется это тем, что потенциал катода уменьшается, следовательно, уменьшается и разность потенциалов гальванического элемента.  [8]

Вольта Александро ( 1745 – 1827) – выдающийся итальянский физик, один из основателей учения об электричестве. Создал первый гальванический элемент и батарею гальванических элементов ( знаменитый вольтов столб), изобрел электроскоп, электрофор и другие приборы.  [9]

Создал первый гальванический элемент и батарею гальванических элементов ( знаменитый вольтов столб), изобрел электроскоп, электрофор и другие приборы.  [10]

Часто в гальванических элементах используют металлические электроды, погруженные в растворы солей. Таков, например, первый гальванический элемент, изобретенный Вольта, состоящий из цинковых и серебряных дисков.  [11]

Рождение электрохимии может быть отнесено к прошлому веку, ко времени создания первых гальванических элементов. В наши дни в связи с развитием подводного флота, ракетной техники и радиотехники роль химических источников тока снова сильно возросла. Так, окисно-ртутные элементы применяются как источник питания в аппаратуре космических кораблей, а элементы, содержащие индий, используются в ручных электрочасах.  [12]

Страницы:      1

Вольта гальванический элемент – Справочник химика 21

    Первый гальванический элемент был построен А. Вольта. Элемент состоял из медных и цинковых пластинок, между которыми помещались смоченные в уксусной кислоте прокладки из сукна. Возникновение электрического тока в нем сопровождается химическими превращениями на электродах. Так как электродный потенциал цинка [c.81]

    Естественно, что и до этого времени был получен целый ряд выдающихся результатов, на базе которых развивались те или иные разделы физической химии. Можно перечислить некоторые из них открытие адсорбции газов (К. Шееле — в Швеции, 1773 г., Ф. Фонтана — во Франции, 1777 г.), адсорбции из растворов (Т. Е. Ловиц — в России, 1785 г.) открытие каталитических реакций и установление представлений о катализе (Г. Дэви и Л. Тенар — в Англии, И. Берцелиус — в Швеции, начало XIX в.) открытие гальванических элементов и исследование переноса тока в электролитах, открытие электролиза (Л. Гальвани, А. Вольта — в Италии, В. В. Петров, К. Грот-гус — в России, Г. Дэви, М. Фарадей — в Англии, конец XVIII в. — начало XIX в.) исследование теплоты химических реакций (А. Лавуазье, П. Лаплас — во Франции, 1779—1784 гг., Г. Гесс — в России, 1836—1840 гг.) открытие первого и второго законов термодинамики (С. Карно — во Франции, Р. Майер, Г. Гельмгольц, Р. Клаузиус — в Германии, Дж. Джоуль, В. Томсон— в Англии, середина XIX в.) и последующее развитие тер-модинамического учения о химическом равновесии (К. Гуль-берг и П. Вааге —в Норвегии, Гиббс —в США). [c.7]

    Вольта установил (1800), что на границе соприкосновения двух металлов возникает разность потенциалов она получила название контактной разности потенциалов. До недавнего времени контактная разность потенциалов между металлами считалась очень малой и при рассмотрении гальванических элементов обычно не учитывалась. Однако развитие методов эксперимента привело к получению новых данных, показавших, что она отнюдь не так мала и может достигать нескольких волы. [c.414]

    Возникновение электрохимии как науки связано с именами Гальвани, Вольта и Петрова, которые на рубеже XVHI и XIX веков открыли и исследовали электрохимические (гальванические) элементы. Деви и Фарадей в первые десятилетия XIX века изучали электролиз. Быстрое развитие электрохимии в конце XIX века связано с появлением теории электролитической диссоциации Аррениуса (1887) и с работами Нернста по термодинамике электродных процессов. Теория Аррениуса развита Дебаем и Гюккелем (1923), которые разработали электростатическую теорию. [c.384]

    Второй вопрос, возникший при создании вольтова столба, — это вопрос о причинах возникновения электрического тока и источнике электрической энергии. Согласно представлениям А. Вольта, электрическая энергия в гальваническом элементе возникает в результате контакта двух различных металлов (так называемая контактная теория э. д. с.). Основанием этой теории послужило следующее явление. Если два различных металла привести в соприкосновение, а затем раздвинуть, то при помощи электроскопа можно обнаружить, что один металл приобрел положительный, а другой — отрицательный заряд. Ряд металлов, в котором каждый предшествующий металл заряжается положительно после контакта с последующим (ряд Вольта), оказался до некоторой степени аналогичным ряду напряжений. Отсюда А. Вольта сделал вывод, что э. д. с. гальванического элемента обусловлена только контактной разностью потенциалов. Однако теория Вольта не объясняла полностью явлений возникновения электрической энергии при работе гальванического элемента, так как даже при длительном протекании тока граница соприкосновения двух металлов не изменялась. А. Вольта считал, что гальванические элементы представляют собой вечные двигатели.. Экспериментальная проверка не подтвердила этого предположения, и после установления закона сохранения энергии для объяснения э. д. с. гальванических элементов была выдвинута химическая теория, согласно которой источником электрической энергии является энергия химической реакции, протекающей в гальваническом элементе. [c.10]

    Ранее считали, что ЭДС гальванического элемента содержит лишь электродные скачки потенциалов 1 3 и г зз (химическая теория происхождения ЭДС гальванического элемента Нернста и Оствальда) или только контактную разность потенциалов г1 12 (физическая теория Вольта и Ленгмюра). Уравнение (12.2), впервые полученное А. Н. Фрумкиным, показывает, что ЭДС складывается из трех частей. [c.233]

    Анализ основан на зависимости вольт-амперной характеристики гальванического элемента (электрохимической ячейки) от концентрации определяемого компонента в газовой смеси, находящейся в динамическом равновесии с электрохимической системой ячейки и определяющей значение окислительно-восстановн-тельного потенциала раствора электролита и течение электродных процессов. На этой зависимости базируются две группы методов определения концентрации компонентов смесей газов и паров 1) с приложением внешнего поляризующего напряжения к электродам ячейки и 2) без него (с внутренним электролизом). [c.612]

    Своим возникновением и развитием электрохимия обязана таким ученым, как Гальвани, Вольта, Петров, Дэви, Фарадей. Галь-вани и Вольта открыли и исследовали гальванические элементы. Петров проводил опыты по электролизу воды и растворов солей, используя вольтов столб из 4200 медных и цинковых пластинок. Дэви пропускал электрический ток через кусок едкой щелочи, смоченной водой, и у отрицательного электрода обнаружил шарик щелочного металла. Основные законы электролиза установил Фарадей. [c.360]

    Основы электрохимии были заломсены исследованиями по гальваническим элементам, электролизу и переносу тока в электролитах. Гальвани и Вольта в Италии создали в 1799 г. гальванический элемент. В. В. Петров в России (1802) открыл явление электрической дуги. Т. Гротгус в России в 1805 г. заложил основы теории электролиза. В 1800 г. Дэви выдвинул электрохимическую теорию взаимодействия веществ он широко применил электролиз для химических исследований. М. Фарадей, ученик Дэви, в 1833—1834 гг. сформулировал количественные законы электролиза. Б. С. Якоби в России, решая вопросы практического использования процесса электролиза, открыл в 1836 г. гальванопластику. [c.7]

    Если металлы погружены не в нулевые растворы, то на границах электродов с раствором возникают, кроме того, ионные двойные электрические слои. Таким образом, измеряемая э.д.с. гальванического элемента с двумя электродами и без диффузионных потенциалов между жидкими растворами складывается из контактного (вольта) потенциала металлов в воде как изоляторе и разностей потенциалов в ионных двойных слоях ф1 и ф2, возникающих в результате обмена ионами между металлами и раствором  [c.536]

    Для решения проблемы Вольта, т. е. вопроса о соотношении между контактными потенциалами и э. д. с. гальванических элементов, акад. А. Н. Фрумкин поставил задачу выяснения роли двойных слоев в создании э. д. с. Очевидно, что если выбрать такие концентрации электролитов, при которых не будет перехода ионов металла в раствор или в обратном направлении, то э. д. с. должна быть близка к контактной разности потенциалов. Такая концентрация электролита, при которой на электроде отсутствует заряд, обусловленный переходом ионов, носит название нулевой концентрации. Потенциал электрода, находящегося в растворе такой концентрации, называется нулевой точкой данного металла или потенциалом нулевого заряда. Существование контактной разности потенциалов вовсе не означает неправильность уравнения (IX.8), полученного из представлений, развивавшихся Нернстом. [c.191]

    В 1792—1800 гг. итальянский физик А. Вольта обнаружил появление электрического тока при погружении в раствор двух различных металлов, соединенных проводником. Эта система явилась прообразом современных гальванических элементов. [c.35]

    Возникновение электрохимии связано с именем итальянского врача Луиджи Гальвани, который в 1790 г., изучая биологический объект (препарированную лягушку), случайно соорудил устройство, получившее в дальнейшем название гальванический элемент , состоявший из мышц лягушки и двух разных металлов. В 1799 г. итальянский физик А. Вольта сконструировал первый химический источник электрической энергии — батарею гальванических элементов из медных и цинковых дисков, разделенных суконными прокладками, смоченными кислотой. Такая батарея получила название вольтов столб . Благодаря изобретению А. Вольта химики получили удобный источник электрической энергии. В 1801 г. выдающийся русский физик В. В. Петров создал батарею большой мощности, с помощью которой впервые выделил ряд металлов (свинец, олово, ртуть). [c.312]

    Второй вопрос, возникший при создании вольтова столба,— это вопрос о причинах возникновения электрического тока и источнике электрической энергии. Согласно представлениям Вольта электрическая энергия в гальваническом элементе возникает в результате контакта двух различных металлов (так называемая контактная теория [c.8]

    Легко видеть, что схема измерения вольта-потенциала, когда между двумя пластинками из металлов обеспечена проводимость, а э. д. с. измеряется каким-либо прибором, подобна схеме измерения э. д. с. в гальваническом элементе. Эта аналогия станет еще большей, если представить, что два куска металла опущены в диэлектрик и в диэлектрике измерен потенциал одного металла против другого. [c.384]

    Уравнения (Х.2.6) и (Х.2.7) позволяют вычислять ЭДС гальванического элемента по данным о константе равновесия и концентрациям всех участников реакции. Эти же уравнения позволяют вычислять константу равновесия по измеренной величине ЭДС. Величину Е выражают в вольтах или милливольтах.  [c.317]

    Любой гальванический элемент принципиально может быть источником постоянного тока. Но лишь немногие из них удовлетворяют требованиям, делающим возможным их техническое использование. В свое время широко применялись и сыграли большую роль в электрохимии элементы Вольта и Даниэля — Якоби. [c.220]

    Поток электронов во внешней цепи при работе гальванического элемента направлен от отрицательного электрода к положительному (внизу указаны электродные потенциалы в вольтах)  [c.132]

    Рассмотренный гальванический элемент состоит из двух полу-элементов. На схеме полуэлементы отделены друг от друга двумя вертикальными линиями, окисленная и восстановленная формы в каждом из полуэлементов разделены одной вертикальной линией. При 25°С и концентрациях окисленной и восстановленной форм 1 моль/дм результатом измерения является стандартный окислительно-восстановительный потенциал Е°, который выражают в вольтах или милливольтах. [c.74]

    Цинк в паре с медью образует гальванический элемент, э. д. с. которого в стандартных условиях немногим больше вольта, если же медь заменить серебром, то э. д.с. составит около полутора вольт. Электродвижущая сила элемента, составленного из магниевого и серебряного электродов, в этих условиях должна давать э. д. с. порядка 3 в. [c.84]

    После изобретения первого гальванического элемента Вольта более полувека элементы оставались единственным источником получения электрического тока В их развитии можно отметить следующие основные этапы применение в 1833 г деполяризаторов, что позволило сделать напряжение элементов более устойчи йым, использование в 1836 г. нейтрального электролита, повысившее сохран ность источников тока, разработка в 1865 г. элементов с твердым деполяризато ром, что обеспечило увеличение коэффициента полезного действия элемента, изо бретение в 1888 г. сухих элементов и, наконец, применение а 1914 г. в качестве деполяризатора кислорода воздуха. [c.13]

    Количество электрической работы, приходящееся на единицу заряда, затраченное на передвижение бесконечно малого положительного заряда из одной точки в другую, определяется разностью электрических потенциалов между этими двумя точками. Если заряд выразить в кулонах, электрическую работу в джоулях, то разность потенциалов выразится в вольтах. Знак э. д. с. гальванического элемента положителен, если правый электрод его — положительный полюс, например в гальваническом элементе, соответствующем схеме 2п” 2п ЦСи Си . Э. д. с. по величине и знаку равна электродному потенциалу правого электрода. Реакция, происходящая в элементе, записывается по направлению перехода положительных зарядов слева направо внутри элемента, например  [c.107]

    Большой интерес представляет также возникновение элемен-гои, образованных из двух одинаковых электродов, погруженных в растворы одного и того же электролита, одной и той же концентрации и при одной и той же температуре, но один из которых находится в покое, а другой — в движении. Величии ) э. д. с и03 икающих при этом гальванических элементов достнга От сотых доле вольта. Знак электродов в этом случае завис1 т от лри]Я)ди электролита 1 металла, [c.29]

    К началу нащего столетия природа электродвижущей силы гальванического элемента рассматривалась с двух точек зрения. Согласно первой, контактной теории Вольта, источником э. д. с. считали контакт между двумя металлами. По второй, химической, теории скачок потенциала целиком связывали с явлениями, протекающими на границе между металлом и раствором. По этой теории, при отсутствии иоппого двойного слоя на поверхно- [c.10]

    В некомпенсационном методе применяют измерительные приборы, имеющие очень высокое электрическое сопротивление. Для этой цели пригодны электронные лампы, сопротивление между сеткой и катодом которых огромно (порядка 10 Ом). Если между сеткой и катодом подключить гальванический элемент, сила тока в цепи ничтожна (порядка 10 — 10 А). Это значит, что электрохимические равновесия практически не нарушаются. В то же время анодный ток электронной лампы пропорционален ЭДС гальванического элемента. В случае необходимости этот ток можно еще усилить и потом измерить. Шкалу измерительного прибора при этом не обязательно градуировать в вольтах, — можно также пользоваться единицами pH, рМе и т.п., которые пропорциональны ЭДС гальванического элемента. [c.269]

    Современные аккумуляторы родились из исследований многих экспериментаторов, работавших в области электрохимии на заре ее развития. Началом научной линии развития электрохимии явилось изобретение Вольтой гальванического элемента. Двумя годами позднее Госеро открыл явление поляризации платиновой проволоки, вызванное прохождением электрического тока через сосуд, [c.3]

    Когда два металла с разной электроотрицательиостью объединяются в ячейку, между ними возникает электрический потенциал. Этот потенциал (измеряемый в вольтах) подобен давлению воды в трубке. Он и есть тот насос , который толкает электроны по проволоке, соединяющей металлы. Чем больше разница в активности металлов, тем больше давление электронов, или электрический потенциал, ячейки. Для создания электрической проводимости внутри ячейки, т. е. для обеспечения переноса электронов, покидающих проволоку или внешний контур, гальванический элемент приготавливают внесением каждого металла в раствор своей соли. [c.527]

    Можно представить себе, что у гальванического элемента существует движущая сила (или электрическое давление ), которая перемещает электроны по- внещней цепи элемента. Эта движущая сила называется электродвижущей силой (сокращенно э.д.с.) элемента э.д.с. измеряется в единицах электрического напряжения (вольтах) и иначе называется напряжением, или потенциалом, гальванического элемента. Один вольт представляет собой э.д.с., необходимую для того, чтобы заряд в 1 кулон приобрел энфгию в 1 Дж  [c.207]

    Гальванический элемент можно рассматривать как источник движущей силы , перемещающей электроны по внещней цепи от анода к катоду. Эта движущая сила называется электродвижущей силой (э.д.с.) и измеряется в вольтах (В). Э.д.с. гальванического элемента можно мысленно разделить на две части одну, обусловленную окислением на аноде, а другую – восстановлением на катоде элемента =-Еокисл + [c.234]

    Учение об электродвижущих силах гальванических элементов является одним из основных разделов электрохимии. Начало изучению электродвижущих сил положено опытами Гальвани (1780). Вольта (1800) изобрел первый химический источник тока, так азываемый вольтов столб, который [c.250]

    За единицу количества электричества обычно принимается кулон (к), равный 6,25 10 заряда электрона. При силе тока в один ампер (а) по проводу за секунду проходит один кулон (т. е. 1 а = 1 к/сек, или 1 к = 1 а-сек). Единицей мощности является ватт (вт), определяемый как джоуль в секунду (вт = = 1 дж1сек). Мощность электрического тока равна напряжению этого тока в вольтах (а), помноженному на его силу, т. е. 1 в 1 а = 1 ет. Показанный на рис. У-29 гальванический элемент дает напряжение около 1,1 в, а в осветительной сети оно обычно составляет 127 или 220 в. Следует отметить, что в электротехнике принято указывать движение тока от плюса к минусу (т. е. обратно действительному перемещению электронов). Это сохранилось от тех времен, когда природа электрического тока еще не была известна. [c.208]

Исследовательская работа по физике “Гальванический элемент”

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Иракиндинская средняя общеобразовательная школа»

Гальванический элемент

Секция: математика, физика, информационные технологии

Работу выполнил: Муратов Александр, 9 класс

Руководитель: Булкина Елена Ивановна –

учитель физики и математики

2018 г.

Гальванический элемент

Описание работы

Чтобы познать истину, надо

это сделать самому.

Любой гальванический элемент состоит из двух электродов различной природы, помещенных в электролит. Электродами являются электронные проводники, электрически связанные с одним из выходов (полюсов) элемента и контактирующие с электролитом. На границе раздела между электродом и электролитом протекают окислительно-восстановительные электрохимические реакции, приводящие к пространственному разделению положительных и отрицательных зарядов.

Меня заинтересовал опыт, показанный учителем на уроке, и я решил исследовать источники тока, созданные разными фруктами, овощами и разнородными проводниками.

Актуальность: практически все устройства, называемые мобильными на самом деле очень зависят от розетки и особенно это важно в многодневных туристических походах.

Цели исследования:

1. Экспериментально получить гальванический элемент из различных материалов в лабораторных условиях.

2. Изучить историю открытия гальванического элемента и этапы его усовершенствования.

Задачи теоретические:

1. Определить, что собой представляет гальванический элемент.

2. Изучить историю открытия гальванических элементов их развитие и усовершенствование.

Задачи исследовательские:

1

1. Провести опыты с различными кислыми средами в фруктах и овощах по определению наличия и величины электрического напряжения.

2. Какие источники можно использовать в быту?

Объект исследования: гальванический элемент.

Предмет исследования: фрукты и овощи, соль как среда для создания источника тока.

Методы исследования:

1. Теоретические – изучение литературы и информации Интернет.

2. Практические – проведение экспериментов.

Предполагаемый результат: расширить и обобщить знания о простейшем гальваническом элементе, истории его открытия.

Введение

Для проведения исследований была выбрана эта тема, потому что в современном мире гальванический элемент применяется буквально во всех сферах нашей жизни, и занял прочное место среди необходимых нам предметов. Бытовое применение гальванического элемента (батарейки): настенные и наручные часы, фотоаппарат, электробритва, фонарик, транзистор, плейер, пульты управления, разнообразные игрушки и т. д.

Ход исследования

Из дополнительной литературы по физике, из периодической печати и интернета мы узнали об истории создания гальванического элемента, о необходимых условиях возникновения электрического тока в таком устройстве.

По описаниям занимательных опытов мы поставили эксперименты с соленой водой, лимоном, апельсином, мандарином, яблоком, картофелем и луком, грунтом политым солёной водой. В качестве электродов мы брали железный гвоздь и медный электрод из набора, универсальный прибор для определения

2

электрического напряжения. (Приложение 1)

Было проделано несколько опытов.

1 опыт: Лимон, электроды (гвоздь, медный электрод). Напряжение 0,937В. (Приложение 2)

2 опыт: Лимон, электроды (гвоздь, медный электрод). Зависимость напряжения от времени.

Так же выяснили, чем больше площадь погружения электродов в кислую среду, тем больше напряжение и чем больше расстояние между электродами в пределах лимона, тем больше напряжение.

3 опыт: апельсин, электроды (гвоздь, медный электрод). Напряжение 1,047В.

(Приложение 3)

4 опыт: мандарин, электроды (гвоздь, медный электрод). Напряжение 1,047В. (Приложение 4)

5 опыт: яблоко, электроды (гвоздь, медный электрод). Напряжение 0,928В.

(Приложение 5)

6 опыт: лук репчатый, электроды (гвоздь, медный электрод). Напряжение 0,863В. (Приложение 6)

7 опыт: картофель, электроды (гвоздь, медный электрод). Напряжение 0,518В. (Приложение 7)

8 опыт: солёная вода, электроды (гвоздь, медный электрод). Напряжение 0,165В. (Приложение 8), грунт, политый солёной водой, электроды (гвозди, куски медной проволоки). Напряжение 0,934В.

В ходе исследования мы нашли описание истории открытия гальванического элемента. Гальванический элемент – это источник электрической энергии,

3

принцип действия, которого основан на химических реакциях. Большинство современных батареек и аккумуляторов подпадает под это определение и относится к рассматриваемой категории. Физически гальванический элемент состоит из проводящих электродов, погруженных в одну или две жидкости (электролиты). В походных условиях такой источник энергии можно также получить полив землю (грунт) солёной водой и воткнуть гвозди и медные провода. Соединив такие источники последовательно можно получить нужную величину напряжения, например, для работы мобильного телефона.

История открытия гальванического элемента

Опыты итальянского анатома Луиджи Гальвани (Приложение 9) способствовали созданию первого источника тока. Работая в лаборатории, где проводились опыты с электричеством, Гальвани наблюдал явление, которое было известно многим еще до него. Оно заключалось в том, что если через нерв лягушачьей ножки, соединённой проволочкой с землей, разряжать кондуктор электрической машины, то наблюдались судорожные сокращения её мышц. Но однажды Гальвани заметил, что лапка пришла в движение, когда с ее нервом соприкасался только стальной скальпель. Удивительнее всего было то, что между электрической машиной и скальпелем не было никакого контакта. Это поразительное открытие заставило Гальвани поставить ряд опытов для обнаружения причины наблюдаемого явления. В один из осенних дней 1780 года Гальвани провел эксперимент с целью выяснить, вызывает ли такие же движения в лапке электричество молнии. Для этого Гальвани подвесил на латунных крючках несколько лягушачьих лапок в окне, закрытом железной решеткой. И он обнаружил в противоположность своим ожиданиям, что сокращения лапок происходят в любое время, вне всякой зависимости от состояния погоды. Присутствие рядом электрической машины или другого источника электричества оказалось ненужным. Гальвани установил далее, что вместо железа и латуни можно использовать любые два разнородных металла, причем комбинация

4

меди и цинка вызывала явление в наиболее отчетливом виде. К сожалению,

Гальвани пришел к заключению, что в тканях тела лягушки заключается «животное электричество». Поэтому при соединении проводниками (медь, железо) нерва с мускулами происходит разряд. В результате его современникам понятие «животного электричества» стало казаться гораздо более реальным, чем электричество какого-либо другого происхождения. Обнаружение электрического тока все еще оставалось тайной. Свою теорию Гальвани подтверждал ссылкой на известные случаи разрядов, которые способны производить некоторые живые существа, например, «электрические рыбы». Тем не менее, сделанное им открытие навсегда сохранило в науке его имя – до сих пор в названиях многих приборов и процессов используется термин гальванический.

Велика заслуга соотечественника Гальвани – итальянского физика Алессандро Вольта (Приложение 10), увидевшего в открытии Гальвани совершенно новое явление – создание потока электрических зарядов (по терминологии Вольта, электрических флюидов). Вольта утверждал, что никакого «животного» электричества не существует. Роль источника электричества в опытах Гальвани выполняет контакт двух разнородных металлов. Чтобы исключить физиологический объект, Вольта заменяет лапку лягушки электрометром и отмечает, что «всё действие возникает первоначально вследствие прикосновения металлов к какому-либо влажному телу или самой воде. При установлении непрерывного сообщения между соответствующими проводниками этот флюид совершает постоянный круговорот». Из этих слов видно, что Вольта правильно понял механизм разделения электрических зарядов, основанный на растворении металлов и переходе в электролит их ионов. Более того, Вольта заметил, что движение зарядов тем сильнее, «чем дальше отстоят друг от друга примененные два металла в том ряду, в каком они поставлены здесь: цинк, оловянная фольга, свинец, железо, латунь и бронза, медь, платина, золото, серебро, ртуть, графит». 5

«Вольтов столб». (Приложение 11) Вольта брал две монеты – обязательно из разных металлов и клал их себе в рот – одну на язык, другую – под язык. Если после этого Вольта соединял монеты проволочкой, он чувствовал солоноватый вкус. Наконец в конце 1799 г. Вольта описывает так «я взял несколько дюжин круглых медных пластинок, а еще лучше, серебряных, диаметром примерно в один дюйм, и такое же количество оловянных или лучше цинковых пластинок. Затем из пористого материала, который может впитывать и удерживать много влаги, я вырезал достаточное число кружков. Все эти пластинки я расположил таким образом, что металлы накладывались друг на друга всегда в одном и том же порядке и что каждая пара пластинок отделялась от следующей влажным кружком из картона». 20 марта 1800 года он представил Лондонскому королевскому обществу. Вот с этого дня Вольтов столб и батарея – стали известны многим физикам и нашли широкое применение.

В 1802 году академик из России Петров собрал батарею — «Вольтов столб» из 2,1 тыс. элементов, которая обеспечивала электрическую дугу.

В дальнейшем, в 1836 году, химик Дж. Дэниель английского происхождения модернизировал элемент Вольта за счет того, что поместил электроды из цинка и меди в раствор из серной кислоты.

Б.С.Якоби – русский физик в 1836 году использовал сосуд с пористой перегородкой. В одном медный электрод находился в растворе медного купороса, в другом цинковый – в растворе сульфата цинка. Элемент Даниеля-

Якоби давал постоянное напряжение – почти ровно один вольт. Затем в 1859 году во Франции исследователь физических явлений Гастон Планте изобрёл другой тип аккумулятора — свинцово-кислотный. Он до сих пор используется в автомобильных аккумуляторах. Но уже в 1865 году Ж. Лекланше изобрел свой гальванический элемент, который назвали элемент Лекланше. Он состоял из цинкового стакана, который был заполнен раствором водного хлористого аммония или другой соли хлора.

6

Заключение

Таким образом, изучив физическую литературу и информацию из Интернета об открытии гальванического элемента, проделав опыты по созданию гальванических элементов из разных фруктов и овощей, можно сделать выводы: существует довольно простой способ получить электрический ток достаточный для работы простейших маломощных устройств; в качестве электродов можно использовать любые медные (латунные, свинцовые) и железные (цинковые) отрезки проволоки, воду, соль и грунт, а если есть картофель или лук или другой источник фруктовых или ягодных кислот, то изготовить источник тока совсем просто. Из проделанных опытов мы видим следующую сравнительную таблицу.

Выяснили, чем больше площадь погружения электродов в кислую среду, тем больше напряжение и чем больше расстояние между электродами, тем больше напряжение.

В каких-то непредвиденных обстоятельствах знания о том, что можно создать такой источник электрической энергии, например, для подзарядки простейшего низковольтного устройства очень пригодятся.

7

Литература

1. 1. 1. 1. ДыбинаО.В. Неизведанное рядом: занимательные опыты и эксперименты для школьников –М., 2005. (192)

         2. Сеницкий В.П. Самодельные гальванические элементы – Госэнергоиздат., 1950. (65)

         3. Перельман Я.И. Занимательные задачи и опыты. – Екатеринбург, 1995. (641)

         4. Ресурсы Интернета.

8

Приложение 1

Приложение 2 Приложение3

9

Приложение 4 Приложение 5

Приложение 6 Приложение 7

10

Приложение 8

Приложение 9

Луиджи Гальвани (1737 – 1798) – итальянский врач, физиолог и анатом, один из основателей электрофизиологии. Образование получил в Болонском университете, там же преподавал медицину.

11

Приложение 10

Алессандро Вольта (1745–1827) – итальянский физик и физиолог, один из основоположников учения об электричестве. Установил связь между количеством электричества, емкостью и напряжением, изобрел первый химический источник тока на медно-цинковой паре («вольтов столб», или «батарея Вольта»). В апреле 1800 г. в Париже Вольта был принят Первым консулом Франции – Наполеоном. Наполеон интересовался науками, справедливо полагая, что сила государства в новом веке немыслима без процветания просвещения. Продемонстрировав восхищенному Наполеону свои опыты, Вольта стал рыцарем Почетного легиона, получил звание сенатора и графа.
Приложение 11 Приложение 12

«Вольтов столб»Гальванические элементы Лекланше и Даниэля

12

История аккумулятора

Открытие аккумулирующего эффекта относится к числу важнейших и значительнейших изобретений в области электротехники.

Еще в 1800 году Алесандро Вольта (Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta) (1745–1827) – итальянский физик и физиолог, один из основоположников учения об электричестве поместил пластины из цинка и меди в кислоту, чтобы получить непрерывный электрический ток. Вольта назвал свое изобретение «электрический орган». Это был первый химический источник тока на медно-цинковой паре электродов («вольтов столб» или «батарея Вольта»). В 1802 г. немецкий физик Джоан Вильгельм Риттер (Johann Wilhelm Ritter) (1776–1810) изобрел сухой гальванический элемент, а в 1803 электрическую аккумуляторную батарею.

В 1854 году немецкий военный врач Вильгельм Зинстеден наблюдал следующий эффект: при пропускании тока через свинцовые электроды, погруженные в разведенную серную кислоту, положительный электрод покрывался двуокисью свинца PbO2, в то время как отрицательный электрод не подвергался никаким изменениям. Если такой элемент замыкали потом накоротко, прекратив пропускание через него тока от постоянного источника, то в нем появлялся постоянный ток, который обнаруживался до тех пор, пока вся двуокись свинца не растворялась в кислоте. Таким образом, Зинстеден вплотную приблизился к созданию аккумулятора, однако он не сделал никаких практических выводов из своего наблюдения.

Только пять лет спустя, в 1859 году, французский инженер Гастон Планте случайно сделал то же самое открытие и построил первый в истории свинцовый аккумулятор. Этим было положено начало аккумуляторной техники.

Аккумулятор Планте состоял из двух одинаковых свинцовых пластин, навитых на деревянный цилиндр. Друг от друга они отделялись тканевой прокладкой. Устроенный таким образом прибор помещали в сосуд с подкисленной водой и соединяли с электрической батареей. Спустя несколько часов, отключив батарею, можно было снимать с аккумулятора достаточно сильный ток, который сохранял в течение некоторого времени свое постоянное значение.

Существенным недостатком аккумулятора Планте была его небольшая емкость – он слишком быстро разряжался. Вскоре Планте заметил, что емкость можно увеличить специальной подготовкой поверхности свинцовых пластин, которые должны быть по возможности более пористыми. Чтобы добиться этого, Планте разряжал заряженный аккумулятор, а затем опять пропускал через него ток, но в противоположном направлении. Этот процесс формовки пластин повторялся многократно в течение приблизительно 500 часов и имел целью увеличить на обоих пластинках слой окиси свинца.

До тех пор, пока не была изобретена динамо-машина, аккумуляторы представляли для электротехников мало интереса, но когда появилась возможность легко и быстро заряжать их с помощью генератора, аккумуляторы получили широчайшее распространение.

В 1882 году Камилл Фор значительно усовершенствовал технику изготовления аккумуляторных пластин. В аккумуляторе Фора формирование пластин происходило гораздо быстрее. Суть усовершенствования Фора заключалась в том, что он придумал покрывать каждую пластинку суриком или другим окислом свинца. При заряжении слой этого вещества на одной из пластин превращался в перекись, тогда как на другой пластинке вследствие реакции получалась низкая степень окисла. Во время этих процессов на обеих пластинах образовывался слой окислов с пористым строением, что способствовало скоплению выделяющихся газов на электродах.

В начале XX века усовершенствованием аккумулятора занялся Томас Эдисон, который хотел сделать его более приспособленным для нужд транспорта. В результате были созданы железно-никелевые аккумуляторы с электролитом в виде едкого калия. В 1903 году начинается производство новых портативных аккумуляторов, которые получили широкое распространение в транспорте, на электростанциях и в небольших судах.

Сначала корпуса аккумуляторов были деревянными, потом эбонитовыми. Аккумуляторные батареи формировались из нескольких элементов, каждый из которых имел рабочее напряжение около 2,2 вольт. Для шестивольтовых аккумуляторов в одном корпусе последовательно соединялись три элемента, для 12-вольтовых – шесть, для 24-вольтовых – двенадцать.

Для легковых автомобилей 6-вольтовая электросистема была общепринятой почти полвека, и только в 50-х годах произошел массовый переход на 12 вольт. Эбонитовые корпуса батарей с торчащими наружу или залитыми мастикой перемычками между элементами постепенно уступили место более легким и прочным полипропиленовым. Пионером в применении синтетических материалов для корпусов аккумуляторов выступила в 1941 году австрийская фирма Baren, а полипропилен начала использовать американская фирма Johnson Controls в середине 60-х. Произошли в конструкции свинцово-кислотных аккумуляторов и другие изменения, повлиявшие на их параметры и срок службы.

Открытое занятие «Гальванический элемент»

«Электричество в руках химика – это мощное средство тончайшего и направленного воздействия на вещество»

I. Объявление темы урока

Перед вами весьма несложный прибор. Я опускаю его в раствор поваренной соли  и происходит чудо – лампочка горит.
Вопрос: почему горит лампочка? (Т.к. есть электрический ток)
Вопрос: основное условие горения лампочки? (Наличие электрического тока)
Вопрос: откуда электрический ток в растворе? (Наличие ионов натрия и хлора)
Электрический ток – направленное движение заряженных частиц.
Вопрос: начиная с этого занятия, мы с вами, что будем изучать? (Связь химии и электричества)
Вопрос: каким одним понятием можно объединить химию и электричество? (Электрохимия)
Электрохимия изучает свойства систем, содержащих подвижные ионы (растворов, расплавов, твердых электролитов), и явления, возникающие на границе раздела фаз вследствие переноса заряженных частиц.

(таблица на доске).

При заполнении таблицы необходимо выйти на тему занятия «Гальванический элемент»

II. Сообщение целей и задач (формулируют сами обучающиеся)

Цель занятия – изучить принцип действия гальванического элемента.

Задачи:

– познакомиться с краткой историей создания ГЭ;
– изучить устройство и химические реакции, лежащие в основе работы ГЭ;
– научиться составлять схему ГЭ.
Обучающиеся также планируют способы достижения намеченной цели.

III. Практическая деятельность учащихся

Для дальнейшей работы формируются две команды, распределяются роли в команде, выбирается капитан(модератор).

1. Работа с текстом (с литературой)

Историческая справка

При раскопках парфянского поселения, существовавшего в Месопотамии 2200 лет назад, была обнаружена древняя «батарея». С технической точки зрения она представляет собой электрохимический источник тока типа гальванического элемента одноразового действия и состоит из железного стержня и медного листа, свернутого в цилиндр вокруг этого стержня; оба они помещены в керамический горшок из-под виноградного сока. По-видимому, это устройство выполняло роль таинственного источника энергии в процессе нанесения гальванических покрытий из золота или серебра на поверхность металлических предметов.
Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был элемент Вольта — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединенными проволокой. В 1836 году английский химик Джон Дэниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты. Эта конструкция стала называться «элементом Даниэля». В 1859 году французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах. В 1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 с угольным токоотводом. Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств. В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia».

Задание: составьте хронологическую таблицу от открытия и до массового производства   гальванических элементов.

2. Практическая работа. Изготовление гальванического элемента

Опыт 1. Погрузите железный гвоздь в раствор медного купороса. Опишите свои наблюдения. Напишите уравнение реакции. Составьте электронный баланс.

Опыт 2. В пробирку с раствором ZnSO₄ поместите цинковую пластину. В пробирку с раствором CuSO₄ поместите медную пластину. Пробирки соедините солевым мостиком. Пластинки с помощью проводов соедините с гальванометром. Опишите свои наблюдения. Почему стрелка гальванометра отклонилась? Запишите химические реакции, происходящие в пробирках. Отсоедините провода от гальванометра.

Рисунок 1. Гальванический элемент Даниэля.

Вы собрали простейший гальванический элемент, который носит название элемента Даниэля в честь Джона Фредерика Даниэля, который изобрел его в 1836г (рисунок 1)

3. Работа с текстом (теоретические выкладки)

Основные составляющие гальванического элемента

Гальванический элемент представляет собой замкнутую систему, состоящую из двух электродов, соединённых между собой внешней цепью – электронный проводник (металл) и внутренний цепью – ионный проводник (растворы электролита, соединённые солевым мостиком). Назван в честь Луиджи Гальвани. В этом элементе химическая энергия превращается в электрическую энергию. В основе работы любого ГЭ лежит разница в активности металлов.

Ряд активности металлов

Li ––> Rb ––> K ––> Ba ––> Sr ––> Ca ––> Na ––> Mg ––> Al ––> Mn ––> Zn ––> Cr ––> Fe ––> Cd ––> Co ––>Ni ––> Sn ––> Pb ––> H ––> Sb ––> Bi ––> Cu ––> Hg ––> Ag ––> Pd ––> Pt ––>Au

Любой гальванический элемент состоит из двух частей: в первой части происходит полуреакция окисления  (Zn⁰ – 2е =  Zn²⁺), в другой – полуреакция восстановления (Cu²⁺ + 2е =  Cu⁰).
Металлические пластины (могут быть угольные стержни) называются электродами.

Анодом в электрохимии называется электрод, на котором протекает реакция окисления, т.е. отдача электронов.

В гальванической цепи анод заряжен отрицательно, и он посылает электроны во внешнюю цепь.

Катодом в электрохимии называется электрод, на котором протекает реакция восстановления, т.е. присоединение электронов.

В гальванической цепи катод заряжен положительно, и он получает электроны из внешней цепи.

Для гальванического элемента принята следующая форма записи (на примере элемента Даниэля): А(–) Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu (+)К,

где вертикальная линия | обозначает границу раздела фаз, а двойная вертикальная линия || – солевой мостик.

Задание: напишите схему гальванического элемента для Fe/Cu электродов, погруженных в растворы солей этих металлов. По содержанию текста составьте 5-6 вопросов для другой команды. На выполнение задания  – 10 минут. 

4. Решение проблемы

Проблема: если  поменять местами электроды, то ГЭ работать не будет. Почему?

IV. Осуществление контроля

«Перекрёстный опрос». Модераторы задают вопросы. Представитель команды отвечает.

Заполнение третьей графы таблицы «Знаю. Хочу знать. Узнал»

Вопрос: пользуемся ли мы в быту гальваническими элементами? (Батарейка)

V.Учебное действие. «Работа с текстом»

Батарейка – источник опасности

Гальванические элементы являются источниками электрической энергии одноразового действия. Реагенты (окислитель и восстановитель) входят непосредственно в состав гальванического элемента и расходуются в процессе его работы.

Рисунок 2. Устройство сухого элемента.

Устройство батарейки

Батарейка (сухой элемент, рисунок 2) состоит из цинкового корпуса, который играет роль анода. Другой электрод, катод, представляет собой графитовый стержень, находящийся  в середине элемента. Этот стержень окружен            слоем оксида марганца и угольной сажи.
В качестве электролита используется толстый слой хлорида аммония и хлорида цинка. Рассмотрим реакции, которые происходят в элементе.

А «–»: Zn⁰ – 2е =  Zn²⁺.
К «+»: MnO₂(т) + 2NH₄⁺ + 2e^– ––> Mn₂O₂(т) + 2NH₃(p-p) + H₂O(ж)

Внимание! Одним из электродов фактически служит корпус, расходуемый в ходе реакции. Таким образом, если толщина корпуса не одинакова, то на месте самого тонкого участка со временем может образоваться отверстие, через которое будет высыпаться едкое содержимое элемента.

Задание. Назовите химически опасные соединения, которые могут быть угрозой человеку и окружающей среде в случае повреждения корпуса батарейки.

Информация к размышлению.

1. При высоких концентрациях цинк – мутаген и онкоген. Вызывает заболевания костно-мышечной системы.
2. Марганец действует на организм через органы дыхания. Поражает центральную нервную систему, почки, органы кровообращения и легкие.
3. Аммиак — Nh4, нитрид водорода, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта). При соприкосновении аммиака и его растворов с кожей возникает жжение, возможен химический ожог с пузырями.

Продолжить заполнение графы «УЗНАЛ» в таблице «ЗНАЮ. ХОЧУ ЗНАТЬ. УЗНАЛ»

VI. Рефлексия

Оценочный лист. Тема «Гальванический элемент»

– Спасибо за внимание!
– Жду вас на следующее занятие.

гальванических элементов | Блестящая вики по математике и науке

Первичные элементы одноразовые. Реакция в электроде необратима.

Сухой элемент – наиболее распространенный тип батарей, используемых для питания небольших бытовых устройств, таких как фонарики, радиоприемники и калькуляторы. Несмотря на свое название, эти ячейки состоят из пасты на водной основе, содержащей MnO2MnO_ {2} MnO2 и ZnZnZn. Химические реакции, используемые в сухом элементе, могут быть изменены для работы в кислых или щелочных растворах.Щелочные батареи чаще доступны в продаже.

Ртутные элементы обычно меньше по размеру и построены на основе другой химической реакции, чем сухие батареи. Эти батарейки используются в фотоаппаратах, слуховых аппаратах и ​​подобных устройствах, для которых требуются небольшие и надежные батарейки. Батареи с ртутными элементами часто дороже, чем щелочные батареи, и, поскольку они содержат тяжелые металлы, они могут представлять опасность для окружающей среды при вскрытии или неправильной утилизации.

Общая реакция для ртутного элемента выглядит следующим образом: Zn (s) + HgO (s) → Hg (l) + ZnO (s) Zn (s) + HgO (s) \ to Hg (l) + ZnO (s) Zn (s) + HgO (s) → Hg (л) + ZnO (т)

Какова катодная полуреакция для этой ячейки?

Совет: подумайте о добавлении жидкой воды, электронов, протонов или гидроксида, чтобы сбалансировать ваши окислительно-восстановительные полуреакции.

ПОКАЖИ ОТВЕТ

Катод состоит из ионов ртути, которые приобретают электроны, образуя элементарную ртуть.{-} (водн.) HgO (s) + h3 O (l) + 2e− → Hg (l) + 2OH− (водн.)

Вторичные элементы перезаряжаемые. Реакцию в электроде можно обратить вспять, приложив к ячейке электрический потенциал. В процессе перезарядки гальванический элемент временно преобразуется в электролитический элемент. Примеры включают никель-кадмиевые батареи в перезаряжаемых электроинструментах и ​​свинцовые аккумуляторные батареи в автомобилях.

От Вольты до Эдисона

История электрохимии: от Вольта до Фарадея

История электрохимии наполнена значительными достижениями в понимании и технологиях, которые помогли определить как промышленное производство, так и повседневную жизнь в двадцать первом веке.

Алессандро Вольта, изобретатель электрической батареи.

Первая батарея

История электрохимии начинается с Алессандро Вольта, который объявил о своем изобретении гальванической батареи, первой современной электрической батареи, в 1800 году. Эта батарея захватила воображение даже правителя Франции Наполеона Бонапарта, который дошел до служения. в качестве лаборанта Вольта в ноябре 1801 года. Когда Вольта описал свои недавние открытия, касающиеся электричества, Французскому национальному институту, восхищенный Наполеон продемонстрировал их на гальванической батарее.

Вольта, включая Бенджамина Франклина, изучали то, что сейчас называется статическим электричеством. Гальваническая батарея вырабатывала непрерывный ток и, таким образом, открыла две новые области исследований: химическое производство электричества и влияние электричества на химические вещества.

«Контактная» теория электричества Вольта

Volta построила гальваническую батарею, чтобы опровергнуть утверждение Луиджи Гальвани о том, что животные производят электричество. По словам Вольта, результаты Главани были получены в результате использования двух разнородных металлов, соединенных влажным проводником (лягушачьей лапой).Вольта воспроизвел эту конфигурацию в своем новом изобретении, которое состояло из пар цинковых и серебряных дисков, соединенных пропитанным рассолом картоном.

В ходе объяснения своей «контактной» теории электричества Вольта опубликовал одну из самых ранних серий электродвижущих сил, в которой металлы и другие вещества классифицировались по силе их электрического воздействия. Он разместил те материалы как можно дальше друг от друга, которые при контакте производили самые сильные эффекты. Рейтинг Вольта поразительно напоминал таблицы сродства, которые химики составляли в течение многих лет, таблицы, показывающие, какие вещества вытеснят другие в соединениях.Несколько лет спустя Хамфри Дэви в своей электрической теории химического сродства утверждал, что это сходство не было случайным.

Майкл Фарадей, считается одним из величайших ученых в истории.

Дэви линкс электричество и химия

Сэр Хамфри Дэви из Королевского института в Лондоне был одним из самых важных экспериментаторов с новой гальванической батареей. Он понял, что производство электричества гальванической батареей зависит от протекания химических реакций, а не только от различных контактов. металлов, как думал Вольта.Дэви использовал ток, подаваемый от сваи, чтобы разделить соединения на части, обнаружив несколько новых элементов. Его эксперименты привели к тому, что в 1806 году он предложил электрическую теорию химического сродства: поскольку электрический ток преодолевает нормальную силу, которая удерживает элементы вместе в соединениях, утверждал он, эта сила должна иметь электрическую природу.

Магнитоэлектричество и электролиз Фарадея

Ученик и преемник Дэви, Майкл Фарадей, исследовал связь между электричеством и магнетизмом.В ходе своих исследований он изобрел первый электродвигатель (в 1821 г.) и первую динамо-машину (в 1831 г.). Главным электрохимическим достижением Фарадея было показать, что «магнитоэлектричество» имеет те же химические эффекты, что и электричество, генерируемое другими способами. Его два закона электрохимии, опубликованные в 1834 году, предсказывают, сколько продукта образуется в результате прохождения определенного количества тока через химическое соединение или его раствор, процесс, который он назвал «электролизом». Эти законы по-прежнему имеют фундаментальное значение для промышленного электролитического производства металлов и других химикатов.

Гальванический элемент и Луиджи Гальвани

В юности в Боланьи, Италия, Луиджи Гальвани размышлял о религиозном призвании, но родители направили его изучать медицину. Он получил степень в области медицины и философии Университета Боланьи. Тогда, в 1700-х годах, медицинское образование основывалось на учениях Гиппократа, Галена и Авиценны, но Гальвани использовал более просвещенный экспериментальный подход. Случайная находка, касающаяся электрической энергии и тел животных, вызвала огромный интерес у его современников и вдохновила Алессандро Вольта на разработку первой в мире аккумуляторной батареи.

Дело в том, что Гальвани снимал шкуру с лягушки в месте, где он ранее натирал кожу лягушки с целью генерирования статического электричества. Лаборант, вооруженный металлическим скальпелем, на котором был электрический заряд, коснулся нерва ноги мертвой лягушки, и та мгновенно отреагировала сильным ударом. Неоднократные эксперименты привели Гальвани к выводу, что наблюдаемое событие было вызвано электрической жидкостью, передаваемой в мышцу по нервам.

Алессандро Вольта из соседнего Университета Падуи скопировал и подтвердил эксперименты Гальвани. Но он пришел к другому выводу о механизме. Точнее, он пришел к выводу, что наблюдаемые мышечные сокращения были вызваны не электрической энергией, исходящей от тела лягушки, а, скорее, металлической проволокой, соединяющей нервы и мышцы в экспериментах Гальвани.

Два исследователя участвовали в интенсивном публичном обсуждении результатов.Но, несмотря на их твердые убеждения, есть признаки того, что они не питали большой взаимной неприязни. Помимо биологических последствий, важно то, что Вольте удалось разработать вольтовую батарею, первую в мире аккумуляторную батарею. (Гальванический элемент – это то же самое, что и гальванический элемент. Имена названы в честь Гальвани и Вольта соответственно, хотя Гальвани не участвовал в изобретении этого устройства накопления энергии. Электрохимический элемент получает электрическую энергию от спонтанных окислительно-восстановительных реакций, происходящих внутри него.)

Вместо того, чтобы хранить заряд, как в банке Ледена, которая на самом деле была большим конденсатором, вольтовская куча представляла собой химическую батарею, которая накапливала электрическую энергию и высвобождала ее при подключении к нагрузке, при этом заключенные в ней химические вещества переходили из более высокого в более низкое энергетическое состояние. . Это устройство сделало возможным двигатель постоянного тока, предложило генератор постоянного тока и сделало электроэнергию легко доступной в последующие годы. Таким образом, Гальвани и Вольта открыли обширные области человеческих знаний и усилий, которых никто не ожидал.

Позже, отказавшись присягнуть на верность новому наполеоновскому режиму, наложенному военной силой на Папские земли, Гальвани был лишен своего академического поста. Без дохода, собственного дома и общения с женой, которая умерла преждевременно, Гальвани скончался в нищете и отчаянии в 1798 году в доме своего брата, который принял его.

ХИМИЯ: ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА

Гальванический элемент или Гальванический элемент , названный в честь Луиджи Гальвани или Алессандро Вольта соответственно, представляет собой электрохимический элемент, который получает электрическую энергию в результате химических реакций, происходящих внутри элемента.Обычно он состоит из двух разных металлов, соединенных солевым мостиком, или отдельных полуячейек, разделенных пористой мембраной.

Вольта был изобретателем гальванической батареи, первой электрической батареи. В обычном использовании слово «батарея» стало включать в себя один гальванический элемент, но батарея должным образом состоит из нескольких элементов. ^{[1] [2]}

История

В 1780 году Луиджи Гальвани обнаружил, что когда два разных металла (например, медь и цинк) соединяются вместе, а затем оба соприкасаются с разными частями нерва лягушачьей ноги в то же время они заключили контракт ноги. ^[3] Он назвал это «животным электричеством». Гальваническая батарея, изобретенная Алессандро Вольта в 1800-х годах, похожа на гальванический элемент. Эти открытия проложили путь для электрических батарей.

|

  Также читают:
Что такое суперконденсатор (ультраконденсатор) - характеристики, работа, типы и применение
Преобразователь - характеристики, тип, применение, факторы, влияющие на выбор
Термистор - классификация, принцип работы, применение и преимущества