Химические источники тока

 

Химические источники токаХимические источники тока ХИТ (химические источники электрической энергии ХИЭЭ, гальванические элементы) — это устройства, преобразующие энергию окислительно-восстановительной химической реакции в электрическую энергию. Действие любого гальванического элемента основано на протекании в нем окислительно-восстановительной реакции. В простейшем случае гальванический элемент состоит из двух электродов, изготовленных из различных металлов и погруженных в раствор электролита. Такая система делает возможным пространственное разделение окислительно-восстановительной реакции: окисление протекает на одном металле — аноде, а восстановление на другом — катоде. Электроны передаются от восстановителя к окислителю по внешней цепи.

Пример работы медно-цинкового гальванического элемента (элемента Якоби — Даниэля)

Элемент состоит из медной пластины, погруженной в раствор сульфата меди (медный электрод), и цинковой пластины, погруженной в раствор сульфата цинка (цинковый электрод). Оба раствора соприкасаются друг с другом, но для предупреждения смешивания они разделены перегородкой, изготовленной из пористого материала.

При работе элемента, т.е. при замкнутой цепи, цинк окисляется: на поверхности его соприкосновения с раствором атомы цинка превращаются в ионы и, гидратируясь, переходят в раствор. Высвобождающиеся при этом электроны движутся по внешней цепи к медному электроду.

Указанные процессы можно описать следующими уравнениями:

На цинковом аноде протекает реакция окисления:

Zn0 – 2 e = Zn2+

На медном катоде протекает восстановление ионов меди:

Cu2+ + 2 e = Cu0

 

Аналогично работают электрические батарейки (элементы Лекланше), топливные элементы и другие устройства, превращающие энергию окислительно-восстановительных реакций в электрическую.

Принцип действия элемента Лекланше:

MnO2 + 2NH4+ +2e = MnO + 2NH3 + H2O
Zn - 2e = Zn2+

(катод)
(анод)
1
1
MnO2 + 2NH4+ + Zn = MnO + 2NH3 + H2O +Zn2+
MnO2 + 2NH4Cl + Zn = MnO + 2NH3 + ZnCl2 + H2O
ZnCl2 + 2NH3 = [Zn(NH3)2]Cl2

Химические источники тока, которые можно перезаряжать и использовать многократно, называются аккумуляторами.