Galvaaninen kenno

Galvaaninen kenno (sähkökemiallinen piiri) on kemiallinen sähkövirran lähde, joka perustuu kahden metallin ja/tai niiden oksidien vuorovaikutukseen elektrolyytissä , mikä johtaa sähkövirran esiintymiseen suljetussa piirissä. Nimetty Luigi Galvanin mukaan . Kemiallisen energian muuntaminen sähköenergiaksi tapahtuu galvaanisissa kennoissa .

Galvaaninen kenno on siis laite, jossa redox-kemiallisen reaktion energia muunnetaan sähköenergiaksi.

Galvaanisten prosessien tutkimuksen historia

Ilmiön sähkövirran esiintymisestä eri metallien kosketuksessa havaitsi italialainen fysiologi , lääketieteen professori Bolognan yliopistossa ( Bologna , Italia ) - Luigi Galvani vuonna 1786 : Galvani kuvasi lihasten supistumisprosessia. vastavalmistetun sammakon takajalat , kiinnitettynä kuparikoukkuihin , kun niitä kosketetaan teräsveitsellä . Löytäjä tulkitsi havainnot "eläinsähkön" ilmentymäksi.

Italialainen fyysikko ja kemisti Alessandro Volta , joka oli kiinnostunut Galvanin kokeista, näki täysin uuden ilmiön - sähkövarausten virran syntymisen. Tarkastettuaan Galvanin näkökulmaa A. Volta teki sarjan kokeita ja tuli siihen tulokseen, että lihasten supistumisen syy ei ole "eläinsähkö", vaan erilaisten johtimien ketjun läsnäolo nesteessä. Vahvistuksena A. Volta korvasi sammakon jalan keksimällään sähkömittarilla ja toisti kaikki vaiheet. Vuonna 1800 A. Volta julkisti löydöstään ensimmäistä kertaa Lontoon kuninkaallisen seuran kokouksessa . Hänen kokeessaan toisen luokan johdin (neste) on keskellä ja on kosketuksessa kahden ensimmäisen luokan johtimen kanssa, jotka on valmistettu kahdesta eri metallista. Tämän seurauksena syntyy yhden tai toisen suunnan sähkövirta.

Vuonna 1802 venäläinen fyysikko Vasily Vladimirovich Petrov suunnitteli maailman suurimman galvaanisen akun, joka koostui 4200 kupari- ja sinkkiympyrästä , joiden halkaisija oli noin 35 millimetriä ja paksuus noin 2,5 millimetriä, joiden väliin asetettiin ammoniakkiliuokseen kastettu paperi . Petrov levitti ensimmäisenä eristyksen ( tiivistysvahan avulla ). Koko rakenne sijoitettiin kiinteään mahonkipuulaatikkoon, joka peitettiin eristävällä eri hartseilla [1] . Nykyaikaisten arvioiden mukaan Petrovin akku antoi noin 1500 V jännitteen. [2] Venäläinen tiedemies tutki tämän akun ominaisuuksia virtalähteenä ja osoitti, että sen toiminta perustuu metallien ja elektrolyytin välisiin kemiallisiin prosesseihin. M. A. Shatelen totesi, että Petrovin kokeita voidaan pitää tutkimuksena, joka loi perustan nykyaikaiselle sähkömetallurgialle kaariuuneissa . [3] Petrov käytti rakennettua akkua sähkökaaren luomiseen ja kokeili sitä. Hänen työnsä tulokset esitettiin yksityiskohtaisesti vuonna 1803 julkaistussa teoksessa "News of Galvani-Volta Experiments" [4] . [5] [6]

Elektrodien tyypit

Galvaanisen kennon koostumus sisältää elektrodeja . Elektrodit ovat:

Käännettävät elektrodit

• 1. tyypin elektrodit - elektrodit, jotka koostuvat metallista, joka on upotettu sen suolaliuokseen;
• 2. tyypin elektrodit - elektrodi, joka koostuu metallista, joka on päällystetty saman metallin niukkaliukoisella suolalla, upotettuna suolaliuokseen, joka sisältää yhteisen anionin liukenemattoman suolan kanssa ( hopeakloridielektrodi , kalomelielektrodi , metallioksidielektrodit);
• Kolmannen tyypin elektrodit - elektrodit, jotka koostuvat kahdesta liukenemattomasta elektrolyytin sakasta: vähemmän liukenevassa on kationi , joka muodostuu elektrodin metallista, ja liukoisemmassa on yhteinen anioni ensimmäisen sakan kanssa. ;
• Kaasuelektrodit - elektrodit, jotka koostuvat inaktiivisesta metallista liuoksessa ja kaasussa ( happielektrodi , vetyelektrodi );
• Amalgaamielektrodit - elektrodit, jotka koostuvat metallin liuoksesta elohopeassa ;
• Redox -elektrodit - elektrodit, jotka koostuvat inaktiivisesta metallista (ferri-ferroelektrodi, kinhydronielektrodi ).

Ioniselektiiviset kalvoelektrodit

• Ioninvaihtokalvoelektrodit kiinteällä varauksella - lasielektrodi ;
• Elektrodit, jotka koostuvat nesteeseen liittyvistä ioninvaihtimista ;
• Kalvoelektrodit, jotka perustuvat kalvoaktiivisiin kelaattoreihin ;
• Elektrodit mono- ja monikiteisillä kalvoilla.

Galvaanisten kennojen ominaisuudet

Galvaanisille kennoille on tunnusomaista sähkömotorinen voima (EMF) , kapasitanssi; energia, jonka hän voi antaa ulkoiselle piirille; sitkeys.

• Galvaanisen kennon sähkömotorinen voima (EMF) riippuu elektrodien materiaalista ja elektrolyytin koostumuksesta. EMF kuvataan käynnissä olevien sähkökemiallisten prosessien termodynaamisilla funktioilla Nernstin yhtälön muodossa .
• Elementin sähköinen kapasitanssi on sähkön määrä, jonka virtalähde vapauttaa, kun se puretaan. Kapasiteetti riippuu lähteeseen tallennettujen reagenssien massasta ja niiden muuntumisasteesta; laskee lämpötilan laskeessa tai purkausvirran kasvaessa.
• Galvaanisen kennon energia on numeerisesti yhtä suuri kuin sen kapasitanssin ja jännitteen tulo. Kun reagenssien aineen määrä elementissä kasvaa ja tiettyyn rajaan asti, lämpötilan noustessa energia kasvaa. Purkausvirran kasvu vähentää energiaa.
• Pysyvyys on elementin varastointiaika, jonka aikana sen ominaisuudet pysyvät määritetyissä rajoissa. Elementin retentio vähenee varastointilämpötilan noustessa.

Galvaanisten kennojen luokitus

Galvaaniset primaarikennot ovat laitteita, joilla kemiallinen energia ja niiden sisältämät reagenssit ( hapetin ja pelkistysaine ) muunnetaan suoraan sähköenergiaksi . Lähteen muodostavat reagenssit kuluvat sen toiminnan aikana ja toiminta pysähtyy reagenssien kulutuksen jälkeen. Esimerkki galvaanisesta kennosta on Daniel - Jakobin kenno .

Mangaani-sinkkikennoja, jotka eivät sisällä nestemäistä elektrolyyttiliuosta (kuivakennot, akut), käytetään laajalti . Siten Leclanchen suolakennoissa sinkkielektrodi toimii katodina , mangaanidioksidin ja grafiitin seoksesta valmistettu elektrodi toimii anodina ja grafiitti toimii virran kerääjänä. Elektrolyytti on ammoniumkloridiliuoksen tahna, johon on lisätty jauhoja tai tärkkelystä sakeuttamisaineena.

Alkalisilla mangaani-sinkkikennoilla , joissa elektrolyyttinä käytetään kaliumhydroksidipohjaista tahnaa , on useita etuja (erityisesti huomattavasti suurempi kapasiteetti, parempi toiminta matalissa lämpötiloissa ja suurilla kuormitusvirroilla).

Suolaa ja alkalielementtejä käytetään laajasti radiolaitteiden ja erilaisten elektronisten laitteiden virtalähteenä.

Toisiovirtalähteet ( akut ) ovat laitteita, joissa ulkoisen virtalähteen sähköenergia muunnetaan kemialliseksi energiaksi ja kerätään, ja kemiallinen energia muunnetaan jälleen sähköenergiaksi.

Yksi yleisimmistä akuista on lyijy (tai happo) . Elektrolyytti on 25-30 % rikkihappoliuos . Happoakun elektrodit ovat lyijyoksidilla täytettyjä lyijyritilöitä , jotka vuorovaikutuksessa elektrolyytin kanssa muuttuvat lyijy(II)sulfaatiksi - PbSO 4 .

On myös alkaliparistoja: nikkeli-kadmium- ja nikkeli-metallihydridiparistot ovat saaneet eniten käyttöä , joissa kaliumhydroksidi (K-OH) toimii elektrolyyttinä .

Erilaisissa elektronisissa laitteissa ( matkapuhelimet , tabletit , kannettavat tietokoneet ) käytetään pääasiassa litiumioniakkuja ja litiumpolymeeriakkuja , joille on ominaista suuri kapasiteetti ja ei muistiefektiä .

Sähkökemialliset generaattorit ( polttokennot ) ovat elementtejä, joissa kemiallinen energia muunnetaan sähköenergiaksi. Hapettava aine ja pelkistysaine varastoidaan kennon ulkopuolella ja niitä syötetään jatkuvasti ja erikseen elektrodeihin käytön aikana. Polttokennon toiminnan aikana elektrodit eivät kulu. Pelkistävä aine on vety (H2 ) , metanoli (CH3OH ) , metaani (CH4 ) ; nestemäisessä tai kaasumaisessa tilassa. Hapettava aine on yleensä happea - ilmasta tai puhdasta. Happi-vetypolttokennossa, jossa on alkalinen elektrolyytti , kemiallinen energia muunnetaan sähköenergiaksi. Voimalaitoksia käytetään avaruusaluksissa : ne tarjoavat energiaa avaruusaluksille ja astronauteille .

Sovellus

• Galvaanisia kennoja käytetään hälytysjärjestelmässä, taskulampuissa, kelloissa, laskimissa, audiojärjestelmissä, leluissa, radioissa, autolaitteissa, kaukosäätimissä, tietokoneissa.
• Akkuja käytetään autojen moottoreiden käynnistämiseen; niitä on myös mahdollista käyttää tilapäisinä sähkönlähteinä syrjäisillä paikoilla.
• Polttokennoja käytetään sähköenergian tuotannossa (voimalaitoksilla), varavoimanlähteissä, autonomisessa virransyötössä, kuljetuksissa, laivoissa, mobiililaitteissa.

Usein kemiallisia virtalähteitä käytetään osana paristoja (paristoja) .

Katso myös

• polttokennoja
• Sähkökemia
• Sähköakku
• Kemiallinen virtalähde
• Galvaanikennojen vakiokoot
• ilma-sinkki elementti
• Tionyylikloridi#Litionyylikloridi_paristot

Muistiinpanot

1. ↑ Linnake. Vasily Petrovin akku . "Linnake". Haettu 9. helmikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 9. helmikuuta 2019. (määrätön)
2. ↑ Vasili Petrovin akku . www.powerinfo.ru Haettu 9. helmikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 15. heinäkuuta 2019. (määrätön)
3. ↑ Shatelen M. A. Venäläiset sähköinsinöörit 1800-luvun jälkipuoliskolla. - Moskova: Kustantaja ja painotalo Gosenergoizdat, 1949. - S. 49. - 380 s.
4. ↑ Petrov V. V. TIETOA galvaanisähköisistä kokeista, jotka suoritti fysiikan professori Vasily Petrov. - Pietari: State Medical Collegen painotalo, 1803.
5. ↑ Fyysikko Vasily Vladimirovich Petrov: elämäkerta, löydöt, keksinnöt . Sähköasentaja (28.6.2017). Haettu 9. helmikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 9. helmikuuta 2019. (Venäjän kieli)
6. ↑ Vasili Petrovin "valtava ensimmäinen" akku. Sähkön maailma (linkki ei saatavilla) . librolife.ru. Haettu 9. helmikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 9. helmikuuta 2019. (määrätön) 

Kirjallisuus

• Akhmetov N. S. Yleinen ja epäorgaaninen kemia
• Aksenovich L. A. Fysiikka lukiossa: teoria. Tehtävät.
• Eremin V. V., Kargov S. I., Uspenskaja I. A., Kuzmenko N. E., Lunin V. V. Fysikaalisen kemian perusteet. Teoria ja tehtävät: oppikirja yliopistoille

Linkit

• Galvaaniset kennot ja akut // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : 86 nidettä (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.
• Galvaaninen kenno // Tietosanakirja "Tekniikka". - M .: Rosmen , 2006.
• Kemialliset virtalähteet // Great Soviet Encyclopedia  : [30 osana]  / ch. toim. A. M. Prokhorov . - 3. painos - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1969-1978.
• www.xumuk.ru/encyklopedia/914.html

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Hienoa norjalaista Iso venäläinen
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4155907-1 NKC : ph114606