سلب و مثبت سلول ولتاژی و عملکرد اساسی سلول ولتاژی

یک سلول ولتایی ساده با غوطه‌ور کردن یک صفحه روی و یک صفحه مس در محلول اسید سولفوریک تخفیف یافته ساخته می‌شود. همانطور که در شکل نشان داده شده است، اگر صفحه مس و صفحه روی خارجی با یک بار الکتریکی متصل شوند، جریان الکتریکی از صفحه مس به صفحه روی از طریق بار شروع می‌شود. این بدان معناست که بین صفحه مس و صفحه روی یک تفاوت پتانسیل الکتریکی ایجاد شده است. زیرا جریان از مس به روی می‌رود، واضح است که صفحه مس مثبت شارژ می‌شود و صفحه روی منفی شارژ می‌شود.

عملکرد سلول ولتایی

اصل کار سلول ولتایی بر این اصل استوار است که هرگاه دو فلز متفاوت در یک محلول الکترولیت غوطه‌ور شوند، فلز واکنش‌پذیرتر تمایل دارد در الکترولیت به عنوان یون‌های مثبت فلزی حل شود و الکترون‌ها را در صفحه فلزی باقی بگذارد. این پدیده صفحه فلزی واکنش‌پذیرتر را منفی شارژ می‌کند.

فلز کم واکنش‌پذیرتر یون‌های مثبت موجود در الکترولیت را جذب می‌کند و بنابراین این یون‌های مثبت روی صفحه تراکم می‌یابند و صفحه را مثبت شارژ می‌کنند. در این مورد ساده سلول ولتایی، روی به عنوان یون مثبت در محلول اسید سولفوریک حل می‌شود و سپس با یون منفی SO4 − − محلول واکنش داده و سولفات روی (ZnSO4) تشکیل می‌دهد. چون مس فلز کم واکنش‌پذیرتر است، یون‌های مثبت هیدروژن محلول اسید سولفوریک تمایل دارند روی صفحه مس تراکم کنند. بیشتر شدن یون‌های روی در محلول به معنای بیشتر شدن تعداد الکترون‌های باقی‌مانده در صفحه روی است. این الکترون‌ها سپس از طریق هادی خارجی متصل شده بین صفحه‌های روی و مس عبور می‌کنند.

در رسیدن به صفحه مس، این الکترون‌ها با اتم‌های هیدروژن تراکم شده روی صفحه ترکیب می‌شوند و اتم‌های هیدروژن خنثی تشکیل می‌دهند. این اتم‌ها سپس دو به دو ترکیب می‌شوند و مولکول‌های گاز هیدروژن را تشکیل می‌دهند و این گاز در نهایت به صورت حباب‌های هیدروژن از صفحه مس بالا می‌آید. عملیات شیمیایی که در سلول ولتایی انجام می‌شود به شرح زیر است:

با این حال، این عملیات وقتی متوقف می‌شود که پتانسیل تماس بین Zn و اسید سولفوریک تخفیف یافته به مقدار 0.62 ولت برسد. در طول عملکرد یک سلول ولتایی، صفحه روی در پتانسیل کمتری نسبت به لایه محلول مجاور آن قرار دارد، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

به همین ترتیب، وقتی صفحه مس با الکترولیت در تماس قرار می‌گیرد، یون‌های مثبت هیدروژن در محلول تمایل دارند روی آن تراکم کنند تا پتانسیل آن تقریباً به 0.46 V بالاتر از محلول برسد. بنابراین، تفاوت پتانسیل الکتریکی ایجاد شده در یک سلول ولتایی 0.62 − (− 0.46) = 1.08 ولت است.

در یک سلول ولتایی ساده عموماً دو نقص وجود دارد که به آن‌ها قطبش و عمل محلی گفته می‌شود.

قطبش سلول ولتایی

مشاهده شده است که در این سلول، جریان به تدریج کاهش می‌یابد و پس از مدتی از عملکرد، جریان ممکن است کاملاً متوقف شود. این کاهش جریان ناشی از تراکم هیدروژن روی صفحه مس است. اگرچه هیدروژن به صورت حباب‌ها از سلول خارج می‌شود، اما هنوز یک لایه نازک هیدروژن روی سطح صفحه تشکیل می‌شود. این لایه به عنوان یک عایق الکتریکی عمل می‌کند و مقاومت داخلی سلول را افزایش می‌دهد. به دلیل این لایه عایق، یون‌های هیدروژن مثبت دیگر نمی‌توانند الکترون‌ها را از صفحه مس دریافت کرده و به صورت یون تراکم کنند. این لایه از یون‌های مثبت هیدروژن روی صفحه مس نیروی دافعه‌ای بر یون‌های هیدروژن دیگر که به صفحه مس نزدیک می‌شوند وارد می‌کند. بنابراین جریان کاهش می‌یابد. این پدیده به قطبش معروف است.

عمل محلی سلول ولتایی

مشاهده شده است که حتی وقتی سلول ولتایی هیچ جریانی تأمین نمی‌کند، روی به طور مداوم در الکترولیت حل می‌شود. این به این دلیل است که برخی از آلودگی‌هایی مانند آهن و سرب در روی تجاری، سلول‌های محلی کوچکی را تشکیل می‌دهند که توسط بخش اصلی روی کوتاه می‌شوند. عمل این سلول‌های مخلوطی کنترل نمی‌شود و بنابراین مصرف روی می‌شود. این پدیده به عمل محلی معروف است.

بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاشتن دارند، اگر تخلف حقوق نشر وجود دارد لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.