Основна конструкция и функциониране на волтаичната клетка

Простата волтаична клетка се прави, като се погледнат една цинкова плочка и една медна плочка в разтвор на разредена сулфурова киселина. Както е показано на фигурата, ако медната плочка и цинковата плочка са свързани външно с електрическа нагрузка, електрически ток започва да протича от медната плочка към цинковата плочка през нагрузката. Това означава, че има някаква електрическа потенциална разлика, развилата се между медната плочка и цинковата плочка. Като токът протича от медь към цинк, е очевидно, че медната плочка става положително заредена, а цинковата плочка – отрицателно заредена.

Работа на волтаичната клетка

Принципът на работа на волтаичната клетка зависи от принципа, че, когато две различни метали са погледнати във електролитен разтвор, по-реактивният метал ще има тенденция да се разтвори в електролита като положителни метални йони, оставяйки електрони зад гърба си на металната плочка. Това явление прави по-реактивната метална плочка отрицателно заредена.

По-малко реактивният метал ще привлече положителните йони, налични в електролита, и затова тези положителни йони се осаждат на плочката, като я правят положително заредена. В този случай на простата волтаична клетка, цинкът излиза в разтвора на сулфуровата киселина като положителен йон и след това реагира с отрицателния SO4 − − йон на разтвора и образува цинк сулфат (ZnSO4). Тъй като медта е по-малко реактивен метал, положителните водородни йони на разтвора на сулфуровата киселина имат тенденция да се осадят на медната плочка. По-голямото количество цинкови йони, излизащи в разтвора, означава повече електрони, оставащи в цинковата плочка. Тези електрони след това минават през външния проводник, свързан между цинковата и медната плочки.

Когато достигнат медната плочка, тези електрони се комбинират с водородните атоми, осадени на плочката, и формират неутрални водородни атоми. Тези атоми се комбинират по двойки, за да формират молекули водороден газ, и газът в крайна сметка излиза във форма на водородни балончета по медната плочка. Химическото действие, което се случва във волтаичната клетка, е следното,

Този процес спира, когато контактният потенциал между Zn и разредената сулфурова киселина достигне стойността 0.62 Волта. По време на работа на волтаичната клетка, цинковата плочка е при по-нисък потенциал спрямо разтвора, както е показано на фигурата по-долу.

Подобно, когато медната плочка е поставена в контакт с електролита, положителните водородни йони в разтвора имат тенденция да се осадят на нея, докато нейният потенциал се увеличи почти до 0.46 В над този разтвор. Следователно, електрическата потенциална разлика, развилата се в волтаичната клетка, е 0.62 − (− 0.46) = 1.08 Волта.

В простата волтаична клетка има два основни недостатъка, наречени поляризация и локално действие.

Поляризация на волтаичната клетка

Забелязва се, че в тази клетка, токът постепенно намалява и след определено време от работата си, токът може напълно да спре. Това намаление на тока е поради осаждането на водород на медната плочка. Въпреки че водородът излиза от клетката във форма на балончета, все пак се формира тънък слой водород на повърхността на плочката. Този слой действа като електрическа изолация, като увеличава вътрешното съпротивление на клетката. Благодарение на този изолационен слой, допълнителните водородни йони не могат да получат електрони от медната плочка и да се осадят в йонна форма. Този слой от положителни водородни йони на медната плочка упражнява отблъскваща сила върху другите водородни йони, които се приближават към медната плочка. Следователно токът намалява. Това явление е известно като поляризация.

Локално действие на волтаичната клетка

Установено е, че дори и когато волтаичната клетка не предлага никакъв ток, цинкът непрекъснато се разтваря в електролита. Това е поради факта, че някои следи от замърсители като желязо и олово в комерсиалния цинк формират малки локални клетки, които са краткосрочно свързани от основното тяло на цинка. Действието на тези паразитни клетки не може да бъде контролирано, така че има някакво изгубване на цинк. Това явление е известно като локално действие.

Изявление: Уважавайте оригинала, добри статии са стойни за споделяне, ако има нарушение на правата, моля, се обратете за изтриване.