Voltaic Celli põhiline ehitus ja tööpõhimõte
Lihtne voltaelement valmistatakse imedeerides ühte sinkplatina ja ühte kupruplatina vee lahustatud sülvilauunikahelisse. Kui kuvatud joonisel kuprupladiin ja sinkpladiin on väliselt ühendatud elektrilise laadiga, alustab elektrivool liikumist kuprupladiinist sinkpladiini läbi laadi. See tähendab, et kuprupladiini ja sinkpladiini vahel on tekkimas mingi elektriline potentsiaalero. Kuna vool liigub kuprupladiinist sinkpladiini, on ilmselge, et kuprupladiin saab positiivselt laetud ja sinkpladiin negatiivselt laetud.
Voltaelementi tööpõhimõte
Voltaelementi tööpõhimõte sõltub sellest, et kui kahe erineva metalli imedeeritakse elektrolüüsi lahusesse, siis reageerivam metall tendent kasutada lahusesse positiivsete metallioniidena, jättes platinale elektronid tagasi. See fenomen muudab reageerivama metalliplatina negatiivselt laetud.
Vähem reageeriv metall atraktiivdab lahuses olevaid positiivseid ioneid, nii et need positiivsed ionid osutuvad platinale, muutes platina positiivselt laetud. Selles lihtsa voltaelementi juhul sink väljastub sülvilauunikahelisse positiivsete ionidega ja seejärel reageerib negatiivsete SO4 − − ionidega lahuses ja moodustab sink-sülvilauunika (ZnSO4). Kuna kupru on vähem reageeriv metall, siis sülvilauunikahelu lahuse positiivsed vesinikuionid tendent kasutada kuprupladiinile. Rohkem sinkioniide lahusesse väljaminek tähendab, et rohkem elektrone jätab sinkpladiin. Need elektronid edasi liiguvad sinki ja kupru platinate vahel ühendatud välisjoonte kaudu.
Kuprupladiinile jõudes, need elektronid kombineeruvad platinal endale depositeeritud vesinikuatomidega ja moodustavad neutraalseid vesinikuatome. Need atomid kombineeruvad paarides, moodustades vesinikugaase molekulid, mis lõpuks tulevad esile kuprupladiini kaudu vesinikupusside kujul. Voltaelementi sees toimuv keemiline protsess on järgmine,
Kuid see toiming peatab, kui sinki ja heletatud sülvilauunika vaheline kontaktipotentsiaal jõuab 0,62 V väärtuseni. Voltaelementi töötamisel on sinkpladiin madalamal potentsiaalil vastavalt lahuse filmi suhtes, nagu allpool näidatud joonisel.
Sarnaselt, kui kuprupladiin on ühenduses elektrolüüsiga, siis lahuse positiivsed vesinikuionid tendent kasutada sellele, kuni tema potentsiaal tõuseb umbes 0,46 V lahuse suhtes. Seega, elektriline potentsiaalero voltaelementis on 0,62 − (− 0,46) = 1,08 Volti.
Lihtsa voltaelementi puhul on peamiselt kaks puudust, mida nimetatakse poläriseerimiseks ja kohalikuks toimingiks.
Voltaelementi poläriseerimine
On märgatatud, et selles elemendis vool aeglaselt vähenema ja pärast teatud aega võib vool täielikult lõppeda. Selle voolu vähenemine on seotud vesiniku depositsiooniga kuprupladiinile. Kuigi vesinik elementist väljuvad püsside kujul, tekib platina pinnal ohutune vesinikikiht. See kiht toimib elektrilise isolatsioonina, suurendades elemendi sisemist vastupidavust. Selle isolatsioonikihi tõttu ei saa enam vesinikuionid elektrone kuprupladiinilt ja depositeeruvad ionide kujul. See positiivsete vesinikuionide kiht kuprupladiinil tekitab repulsioonijõudu teistele vesinikuionidele, mis lähenevad kuprupladiinile. Seega väheneb vool. Seda fenomeni nimetatakse poläriseerimiseks.
Voltaelementi kohalik toiming
Leiame, et isegi kui voltaelement ei andka voolu, sink jätkab oma lahustumist elektrolüüsises. See on tingitud sellest, et kaupliku sinki impuridi nagu raud ja plumbum jämedad märgid moodustavad väikesed kohalikud elemendid, mis on sinki peaosa poolt lühikreeritud. Nende parasiitsete elementide toimingut ei saa kontrollida, seega on sinki mõningane raiskamine. Selle fenomeni nimetatakse kohalikuks toimingeks.
Deklaratsioon: Austa originaali, hea artikkel on jaotamise väärtus; kui on rikkumine, siis palun kontaktige selleks, et kustutada.
