Cela Vóltica Estrutura Básica e Funcionamento da Cela Vóltica

Unha cela voltáica simple fáise mergullando unha lámella de cinc e unha lámella de cobre nunha solución de ácido sulfúrico diluído. Como se mostra na figura, se a lámella de cobre e a lámella de cinc están conectadas externamente con unha carga eléctrica, unha corrente eléctrica comeza a fluir da lámella de cobre á lámella de cinc a través da carga. Isto significa que hai algunha diferenza de potencial eléctrico desenvolvida entre a lámella de cobre e a lámella de cinc. Como a corrente fluye do cobre ao cinc, é obvio que a lámella de cobre tornase positivamente cargada e a lámella de cinc negativamente cargada.

Funcionamento da Cela Voltáica

O principio de funcionamento da cela voltáica depende do principio de que, sempre que dous metais diferentes están mergullados dentro dunha solución electrolítica, o metal máis reactivo terá tendencia a disolverse no electrolito como íons metálicos positivos, deixando atrás electróns na lámella metálica. Este fenómeno fai que a lámella do metal máis reactivo sexa negativamente cargada.

O metal menos reactivo atrairá os íons positivos presentes no electrolito, polo que estes íons positivos depósitanse na lámella, facendo que esta sexa positivamente cargada. Neste caso dunha cela voltáica simple, o cinc sale á solución de ácido sulfúrico como íon positivo e reacciona coa SO4 − − negativa da solución e forma sulfato de cinc (ZnSO4). Como o cobre é un metal menos reactivo, os íons de hidróxeno positivos da solución de ácido sulfúrico teñen tendencia a depósitanse na lámella de cobre. Máis íons de cinc que saen na solución significa máis número de electróns que deixan na lámella de cinc. Estes electróns pasan entón a través do condutor externo conectado entre as lámellas de cinc e cobre.

Ao chegar á lámella de cobre, estes electróns combinan cos átomos de hidróxeno depositados na lámella e forman átomos de hidróxeno neutros. Estes átomos combinan en pares para formar moléculas de gas de hidróxeno, e o gas finalmente emerge a lo largo da lámella de cobre na forma de burbullas de hidróxeno. A acción química que ten lugar dentro da cela voltáica é a seguinte,

Non obstante, esta acción pára cando o potencial de contacto entre Zn e ácido sulfúrico diluído alcanza o valor de 0,62 Voltios. Durante a operación dunha cela voltáica, a lámella de cinc está a un potencial inferior respecto ao filme de solución adxacente a ela, como se mostra na figura de abaixo.

De maneira semellante, cando a lámella de Cu está en contacto co electrolito, entón os íons de hidróxeno positivos na solución teñen tendencia a depósitanse nela ata que o seu potencial se eleva case a 0,46 V por riba da solución. Polo tanto, a diferenza de potencial eléctrico desenvolvida nunha cela voltáica é 0,62 − (− 0,46) = 1,08 Voltios.

Nunha cela voltáica simple hai principalmente dous inconvenientes, coñecidos como polarización e acción local.

Polarización da Cela Voltáica

Observouse que nesta cela, a corrente vaia reducindo gradualmente e despois dun certo tempo de súa operación, a corrente pode cesar completamente. Esta diminución da corrente debeuse á deposición de hidróxeno na lámella de cobre. Aínda que o hidróxeno sae da cela na forma de burbullas, aínda así hai unha formación dunha fina capa de hidróxeno na superficie da lámella. Esta capa actúa como un aislante eléctrico, aumentando a resistencia interna da cela. Debido a esta capa aislante, os íons de hidróxeno adicionais non poden obter electróns da lámella de cobre e depósitanse na forma de íons. Esta capa de íons de hidróxeno positivos na lámella de cobre exerce unha forza repulsiva sobre outros íons de hidróxeno que se acercan á lámella de cobre. Polo tanto, a corrente vaia reducindo. Este fenómeno coñécese como polarización.

Acción Local da Cela Voltáica

Descubriuse que mesmo cando a cela voltáica non está fornecendo ningunha corrente, o cinc vaise disolvendo continuamente no electrolito. Isto debeuse ao feito de que algúns vestixios de impurezas como ferro e chumbo no cinc comercial forman células locales minúsculas que están cortocircuitadas polo corpo principal de cinc. A acción destas células parasitas non pode controlarse, polo que hai algún desperdicio de cinc. Este fenómeno coñécese como acción local.

Declaración: Respetar o orixinal, artigos bons merecen ser compartidos, se hai algún incumprimento contacte para eliminar.