Osnovna konstrukcija i rad voltačke celije

Jednostavna voltačka celija izrađena je potapanjem jedne ploče cinka i jedne ploče bakra u rastvor vode razrijeđene s kiselom sulfatnom. Kao što je prikazano na slici, ako su ploča bakra i ploča cinka vanjski spojene električnim opterećenjem, električni tok počinje teći od ploče bakra do ploče cinka kroz opterećenje. To znači da postoji neka električna potencijalna razlika između ploče bakra i ploče cinka. Budući da se tok teče od bakra do cinka, očito je da se ploča bakra pozitivno nabije, a ploča cinka negativno.

Funkcija voltačke celije

Princip funkcioniranja voltačke celije temelji se na principu da, kad god su dva različita metala potopljeni u elektrolitski rastvor, reaktivniji metal ima tendenciju da se razriješi u elektrolitu kao pozitivni metalijski ion, ostavljajući elektrone na metaličkoj ploči. Ovaj fenomen čini reaktivniju metaličku ploču negativno nabijenu.

Manje reaktivni metal privlači pozitivneione prisutne u elektrolitu, stoga se ti pozitivni ioni deponiraju na ploči, čineći ploču pozitivno nabijenom. U ovom slučaju jednostavne voltačke celije, cink se pojavi u rastvoru kiselog sulfata kao pozitivni ion, a zatim reagira s negativnim SO4 − − jonom rastvora i formira cinkov sulfat (ZnSO4). Budući da je bakar manje reaktivni metal, pozitivni vodikovi joni rastvora kiselog sulfata imaju tendenciju da se deponiraju na ploči bakra. Više cinkovih iona koji se pojavljuju u rastvoru znači više broj elektrona koji napuštaju ploču cinka. Ti elektroni zatim prođu kroz vanjski vodnik spojen između ploča cinka i bakra.

Na ploči bakra, ti elektroni se zatim kombiniraju s vodikovim atomima deponiranim na ploči i formiraju neutralne vodikove atome. Ti atomi se zatim kombiniraju parovima kako bi formirali molekule vodika, a plin zatim dolazi uz ploču bakra u obliku mehura vodika. Kemijska aktivnost koja se odvija unutar voltačke celije jest sljedeća,

Međutim, ova aktivnost prestaje kada kontakt potencijal između cinka i razrijeđenog kiselog sulfata doseže vrijednost od 0,62 Volta. Tijekom rada voltačke celije, ploča cinka nalazi se na nižem potencijalu u odnosu na rastvor filmu uz nju, kao što je prikazano na donjoj slici.

Slično tome, kada se ploča bakra stavlja u kontakt s elektrolitom, pozitivni vodikovi joni u rastvoru imaju tendenciju da se deponiraju na njoj dok se njen potencijal ne podigne gotovo do 0,46 V iznad tog rastvora. Stoga, električna potencijalna razlika razvijena u voltačkoj celiji iznosi 0,62 − (− 0,46) = 1,08 Volta.

U jednostavnoj voltačkoj celiji postoje glavni dvije nedostatke, poznati kao polariacija i lokalna aktivnost.

Polariacija voltačke celije

Primjećuje se da u ovoj celiji struja postupno opada, a nakon određenog vremena rada, struja može potpuno prestati. Ovo smanjenje struje je posljedica deponiranja vodika na ploči bakra. Iako vodik izlazi iz celije u obliku mehura, ipak se formira tanki sloj vodika na površini ploče. Taj sloj djeluje kao električna izolacija, time povećavajući unutrašnji otpornik celije. Zbog ovog izolacijskog sloja, daljnji vodikovi joni ne mogu dobiti elektrone s ploče bakra i deponirati se u obliku jona. Ovaj sloj pozitivnih vodikovih jona na ploči bakra djeluje repulzivno na druge vodikove jone koji se približavaju ploči bakra. Stoga se struja smanjuje. Ovaj fenomen poznat je kao polariacija.

Lokalna aktivnost voltačke celije

Utvrđeno je da, čak i kada voltačka celija ne isporučuje nikakvu struju, cink se neprekidno rastvara u elektrolitu. To je posljedica toga što su male trase štetica poput željeza i olova u komercijalnom cinku formirale mala lokalna cela koja su kratkosračeni putem glavnog tijela cinka. Rad tih parazitskih celija ne može se kontrolirati, stoga postoji neka gubitak cinka. Ovaj fenomen poznat je kao lokalna aktivnost.

Izjava: Poštujte original, dobre članke vrijede podijeliti, ukoliko postoji kršenje autorskih prava molimo kontaktirajte za brisanje.