Construcció bàsica i funcionament de la cèl·lula voltaica

Una cèl·la voltaica simple es fa immersant una placa de zinc i una placa de coure en una solució d'àcid sulfúric diluït amb aigua. Com es mostra en la figura, si la placa de coure i la placa de zinc estan connectades externament amb una càrrega elèctrica, comença a fluir una corrent elèctrica de la placa de coure cap a la placa de zinc a través de la càrrega. Això vol dir que hi ha una diferència de potencial elèctric entre la placa de coure i la placa de zinc. Com la corrent flueix del coure al zinc, és obvi que la placa de coure es carrega positivament i la placa de zinc, negativament.

Funcionament de la cèl·la voltaica

El principi de funcionament de la cèl·la voltaica depèn del principi segons el qual, quan dos metalls diferents s'immergeixen en una solució elèctrolita, el metall més reactiu tendirà a dissoldre's en l'elèctrolit com a ions metàl·lics positius, deixant els electrons a la placa metàl·lica. Aquest fenomen fa que la placa del metall més reactiu es carregui negativament.

El metall menys reactiu atrairà els ions positius presents en l'elèctrolit, i aquests ions positius es depositaran a la placa, fent-la carregar positivament. En aquest cas d'una cèl·la voltaica simple, el zinc surt en solució com a ion positiu i reacciona amb l'ion SO4 − − negatiu de la solució i forma sulfat de zinc (ZnSO4). Com que el coure és un metall menys reactiu, els ions hidrogen positius de la solució d'àcid sulfúric tenen tendència a depositar-se a la placa de coure. Més ions de zinc que surten en solució significa més electrons que es queden a la placa de zinc. Aquests electrons llavors passen a través del conductor extern connectat entre les plaques de zinc i coure.

Quan arriben a la placa de coure, aquests electrons es combinen amb els àtoms d'hidrogen depositats a la placa i formen àtoms d'hidrogen neutrals. Aquests àtoms llavors es combinen en parelles per formar molècules de gas hidrogen, i aquest gas finalment sorgeix a la placa de coure en forma de bombolles d'hidrogen. La reacció química que es produeix dins de la cèl·la voltaica és la següent,

No obstant això, aquesta acció satura quan el potencial de contacte entre el Zn i l'àcid sulfúric diluït arriba al valor de 0,62 Volt. Durant l'operació d'una cèl·la voltaica, la placa de zinc té un potencial inferior respecte a la pel·lícula de solució adjacenta, com es mostra en la figura següent.

De manera similar, quan la placa de Cu es col·loca en contacte amb l'elèctrolit, llavors els ions hidrogen positius en la solució tenen tendència a depositar-se-hi fins que el seu potencial augmenta gairebé a 0,46 V sobre aquesta solució. Per tant, la diferència de potencial elèctric desenvolupada en una cèl·la voltaica és 0,62 − (− 0,46) = 1,08 Volts.

En una cèl·la voltaica simple hi ha principalment dos inconvenients, coneguts com polarització i acció local.

Polarització de la Cèl·la Voltaica

S'observa que en aquesta cèl·la, la corrent es redueix gradualment i després d'un cert temps de funcionament, la corrent pot cessar completament. Aquesta disminució de la corrent és deguda a la deposició d'hidrogen a la placa de coure. Tot i que l'hidrogen surt de la cèl·la en forma de bombolles, encara hi ha una formació d'una capa fina d'hidrogen a la superfície de la placa. Aquesta capa actua com a aïllament elèctric, augmentant la resistència interna de la cèl·la. A causa d'aquesta capa aïlladora, els ions d'hidrogen addicionals no poden obtenir electrons de la placa de coure i són depositats en forma d'ions. Aquesta capa d'ions d'hidrogen positius a la placa de coure exerceix una força repulsiu sobre els altres ions d'hidrogen que s'aproximen a la placa de coure. Per tant, la corrent es redueix. Aquest fenomen és conegut com a polarització.

Acció Local de la Cèl·la Voltaica

Es troba que, fins i tot quan la cèl·la voltaica no està subministrant cap corrent, el zinc es dissol continuament en l'elèctrolit. Això és degut al fet que algunes traçes d'impuretes com el ferro i el plom en el zinc comercial formen petites cèl·les locals que són curte-circuitades pel cos principal de zinc. L'acció d'aquestes cèl·les parasites no es pot controlar, per tant hi ha algun desperdici de zinc. Aquest fenomen és conegut com a acció local.

Declaració: Respecteu l'original, els bons articles mereixen ser compartits, si hi ha infracció contacteu per eliminar.