Basisconstructie en werking van een voltaïsche cel

Een eenvoudige voltaïsche cel wordt gemaakt door een zinkplaat en een koperplaat in een waterig zwavelzuur oplossing te dompelen. Zoals in de figuur getoond, als de koperplaat en de zinkplaat extern met een elektrische belasting worden verbonden, begint er een elektrische stroom te vloeien van de koperplaat naar de zinkplaat via de belasting. Dit betekent dat er een bepaalde elektrisch potentiaalverschil ontstaat tussen de koperplaat en de zinkplaat. Aangezien de stroom van koper naar zink vloeit, is het duidelijk dat de koperplaat positief geladen wordt en de zinkplaat negatief geladen.

Werkingsprincipe van de Voltaïsche Cel

Het werkingsprincipe van de voltaïsche cel is gebaseerd op het principe dat, wanneer twee verschillende metalen in een elektrolytoplossing worden ondergedompeld, het meest reactieve metaal de neiging heeft om in de elektrolyt op te gaan als positieve metaalionen, waardoor elektronen achterblijven op het metalen plaat. Dit fenomeen maakt het meest reactieve metaalplaat negatief geladen.

Het minder reactieve metaal zal de positieve ionen in de elektrolyt aantrekken, en deze positieve ionen worden dan afgezet op het plaat, waardoor het plaat positief geladen wordt. In dit geval van een eenvoudige voltaïsche cel, komt het zink in de zwavelzuuroplossing terecht als positieve ionen en reageert vervolgens met de negatieve SO4 − − ionen van de oplossing en vormt zinkzwavel (ZnSO4). Omdat koper minder reactief is, hebben de positieve waterstofionen in de zwavelzuur-oplossing de neiging om zich af te zetten op de koperplaat. Hoe meer zinkionen in de oplossing komen, hoe meer elektronen op de zinkplaat achterblijven. Deze elektronen passeren dan via de externe geleider die tussen de zink- en koperplaten is aangesloten.

Bij het bereiken van de koperplaat, combineren deze elektronen dan met de waterstofatomen die op het plaat zijn afgezet en vormen neutrale waterstofatomen. Deze atomen combineren dan in paren om moleculen van waterstofgas te vormen, en het gas komt uiteindelijk langs de koperplaat naar boven in de vorm van waterstofbellen. De chemische reactie die plaatsvindt binnen de voltaïsche cel is als volgt,

Echter, deze actie stopt wanneer het contactpotentiaal tussen Zn en verdunnd zwavelzuur de waarde van 0,62 Volt bereikt. Tijdens de werking van een voltaïsche cel, is de zinkplaat op een lager potentiaal ten opzichte van de oplossing vlakbij, zoals in de figuur hieronder getoond.

Op vergelijkbare wijze, wanneer de Cu-plaat in contact wordt gebracht met de elektrolyt, hebben de positieve waterstofionen in de oplossing de neiging om zich af te zetten totdat het potentiaal bijna 0,46 V boven de oplossing stijgt. Daarom is het elektrisch potentiaalverschil dat in een voltaïsche cel ontstaat 0,62 − (− 0,46) = 1,08 Volt.

In een eenvoudige voltaïsche cel zijn er voornamelijk twee nadelen, bekend als polarisatie en lokale actie.

Polarisatie van de Voltaïsche Cel

Het wordt waargenomen dat in deze cel, de stroom geleidelijk afneemt en na een bepaalde tijd van werking, kan de stroom helemaal stoppen. Deze afname in stroom is te wijten aan de afzetting van waterstof op de koperplaat. Hoewel de waterstof uit de cel komt in de vorm van bellen, ontstaat er toch een dun laagje waterstof op de plaatoppervlakte. Deze laag werkt als een elektrische isolatie, waardoor de interne weerstand van de cel toeneemt. Door deze isolatielaag kunnen verdere waterstofionen geen elektronen meer krijgen van de koperplaat en blijven in ionvorm. Deze laag van positieve waterstofionen op de koperplaat oefent een afstotende kracht uit op andere waterstofionen die de koperplaat naderen. Daarom neemt de stroom af. Dit fenomeen staat bekend als polarisatie.

Lokale Actie van de Voltaïsche Cel

Het is gevonden dat zelfs wanneer de voltaïsche cel geen stroom levert, zink continu in de elektrolyt wordt opgelost. Dit is te wijten aan het feit dat sporen van impuriteiten zoals ijzer en lood in commercieel zink kleine lokale cellen vormen, die kortgesloten worden door het hoofdlichaam van het zink. De actie van deze parasitaire cellen kan niet worden gecontroleerd, waardoor er sprake is van een zekere verspilling van zink. Dit fenomeen staat bekend als lokale actie.

Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de moede gedeeld, indien er een inbreuk is wordt verzocht om te verwijderen.