سلب و مثبت سلول ولتا و نحوه کارکرد سلول ولتا

یک سلول ولتایی ساده با غوطه‌ور کردن یک صفحه روی و یک صفحه مس در داخل محلول اسید سولفوریک آبکی تهیه می‌شود. همانطور که در شکل نشان داده شده است، اگر صفحه مس و صفحه روی به بار الکتریکی خارجی متصل شوند، یک جریان الکتریکی از صفحه مس به صفحه روی از طریق بار الکتریکی شروع می‌شود. این بدان معناست که تفاوت پتانسیل الکتریکی بین صفحه مس و صفحه روی وجود دارد. زیرا جریان از مس به روی حرکت می‌کند، واضح است که صفحه مس مثبت شده و صفحه روی منفی می‌شود.

عملکرد سلول ولتایی

اصل عملکرد سلول ولتایی بر اساس این اصل است که هر زمان دو فلز متفاوت در داخل یک الکترولیت غوطه‌ور شوند، فلز واکنش‌پذیرتر تمایل دارد در الکترولیت به عنوان یون‌های مثبت حل شود و الکترون‌ها را در پشت فلز باقی بگذارد. این پدیده فلز واکنش‌پذیرتر را منفی می‌کند.

فلز کم واکنش‌پذیرتر یون‌های مثبت موجود در الکترولیت را جذب می‌کند و بنابراین این یون‌های مثبت روی صفحه توده می‌یابند و صفحه را مثبت می‌کنند. در این مورد سلول ولتایی ساده، روی به عنوان یون مثبت در محلول اسید سولفوریک آبکی حل می‌شود و سپس با یون SO4 − − منفی محلول واکنش می‌دهد و سولفات روی (ZnSO4) تشکیل می‌دهد. از آنجا که مس فلز کم واکنش‌پذیرتر است، یون‌های مثبت هیدروژن محلول اسید سولفوریک تمایل دارند روی صفحه مس توده شوند. هرچه تعداد بیشتری یون روی در محلول باشد، تعداد بیشتری الکترون در صفحه روی باقی می‌ماند. این الکترون‌ها سپس از طریق هادی خارجی متصل شده بین صفحه روی و مس عبور می‌کنند.

در رسیدن به صفحه مس، این الکترون‌ها با اتم‌های هیدروژن روی صفحه ترکیب می‌شوند و اتم‌های هیدروژن خنثی تشکیل می‌دهند. این اتم‌ها سپس به صورت جفت‌هایی ترکیب می‌شوند و مولکول‌های گاز هیدروژن تشکیل می‌دهند و این گاز در نهایت به صورت حباب‌های هیدروژن از طریق صفحه مس بالا می‌آید. واکنش شیمیایی که در سلول ولتایی اتفاق می‌افتد به شرح زیر است،

با این حال، این واکنش زمانی متوقف می‌شود که پتانسیل تماس بین روی و اسید سولفوریک آبکی به مقدار ۰.۶۲ 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 طور مشابه، وقتی صفحه مس با الکترولیت در تماس قرار می‌گیرد، یون‌های مثبت هیدروژن در محلول تمایل دارند روی آن توده شوند تا پتانسیل آن تقریباً به ۰.۴۶ ولت بالاتر از محلول شود. بنابراین، تفاوت پتانسیل الکتریکی در یک سلول ولتایی ۰.۶۲ − (− ۰.۴۶) = ۱.۰۸ ولت است.

در یک سلول ولتایی ساده دو نقص اصلی وجود دارد که به عنوان قطب‌شدن و عمل محلی شناخته می‌شوند.

قطب‌شدن سلول ولتایی

مشاهده می‌شود که در این سلول، جریان به تدریج کاهش می‌یابد و پس از یک مدت زمان از عملکرد آن، جریان ممکن است کاملاً متوقف شود. این کاهش جریان به دلیل توده شدن هیدروژن روی صفحه مس است. اگرچه هیدروژن به صورت حباب‌ها از سلول خارج می‌شود، اما هنوز لایه‌ای نازک از 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 دیگر نمی‌توانند الکترون‌ها را از صفحه مس دریافت کنند و به صورت یون‌ها توده شوند. این لایه از یون‌های مثبت هیدروژن روی صفحه مس نیروی دفعی بر یون‌های هیدروژن دیگر که به صفحه مس نزدیک می‌شوند، وارد می‌کند. بنابراین جریان کاهش می‌یابد. این پدیده به قطب‌شدن 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 دلیل این است که برخی از ضایعات مانند آهن و سرب در روی تجاری سلول‌های محلی کوچکی را تشکیل می‌دهند که توسط بخش اصلی روی خود کوتاه می‌شوند. عمل این سلول‌های پارازیتی کنترل نمی‌شود و بنابراین مقداری از روی تلف می‌شود. این پدیده به عمل محلی معروف است.

Statement: احترام به متن اصلی، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاشتن دارند، اگر نقض حق تکثیر وجود دارد لطفاً با ما تماس بگیرید تا حذف شود.