A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
|
Ez a szócikk vagy szakasz lektorálásra, tartalmi javításokra szorul. |
A galvánelem két elektródból (fél cellából) áll. A legegyszerűbb galvánelem az, amikor a két tiszta fémelektród saját ionjait tartalmazó sóoldatba merül. A sóoldatban a bemerülő fém oxidált, pozitív töltésű kationjai és az ezeket semlegesítő anionok találhatók. Az elektródok a fémet két különböző oxidációs állapotban tartalmazzák. A lejátszódó redoxireakciót a konvenció szerint a redukció irányában írjuk fel. Luigi Galvani olasz orvos, fizikus után nevezték el.
Előállítása
A legegyszerűbb galvánelem a következő módon állítható elő: egy higított kénsavval töltött üvegedénybe egy-egy cink- és rézelektródát helyeznek el. A rézelektródából – vegyi hatás következtében – elektronok lépnek ki a kénsavba, tehát pozitív töltésűvé válik. A cinkelektróda felületén ennek fordítottja játszódik le, vagyis az elektronok a kénsavból lépnek át, tehát itt elektrontöbblet keletkezik, azaz negatív töltésű lesz. Az elektródok töltései kiegyenlítődni igyekeznek, ezért az elektródok között feszültség mérhető. Ez az áramforrás a Volta-elem elvén működik (abban sósav az elektrolit), üresjárati feszültsége ~1 volt, amely a terhelés folyamán rövidesen lecsökken.
Polarizáció
Az áram állandóságát a galvánelemben fellépő polarizáció veszélyezteti. Ezt a jelenséget az összes áramtermelő vegyi folyamat alkalmával kialakuló hidrogénbuborékok okozzák, amikor részben, majd teljesen befedik a (+) pozitív elektródot. Először gyengítik az áramot, később meg is szakíthatják az elektronok áramlását. Ezen segít a depolározás.
A bemutatott Volta-elemnél a réz elektródán H3O+ ionok (oxóniumionok) válnak ki, és ezek szállítják az elektródra a pozitív töltést, azaz semlegesítésükre elvonnak az elektródról negatív ionokat. A hidrogén ekkor gázréteget alkot az elektródon. A cink elektródon SO2−4ionok válnak ki, és ezek szállítják az elektródra a negatív töltést, az elektronokat. A kialakult vegyi hatás következtében itt pedig oxigén réteg fedi be az elektródát.
A leírt jelenség hatására a galvánelemben egy másik, új galvánelem alakul ki, melynek elektródjai oxigén és hidrogén, elektrolitja meg kénsav. Mivel az oxigén elektrokémiai feszültsége pozitívabb, mint a hidrogéné, tehát az új polarizált galvánelemmel az oxigén a pozitív elektródja, feszültsége (Up) ellentétes az eredeti galvánelem feszültségével. Ez okozza a feszültségcsökkenést.
A polarizáció káros, tehát meg kell szüntetni. A megszüntetés módját depolarizációnak nevezik. Megszüntetésére két módszert dolgoztak ki:
- A pozitív elektródot oxigéndús anyaggal (pl. barnakőporral, MnO2) veszik körül, ami a kiváló hidrogént leköti, és nem jöhet létre a polarizált galvánelem,
- Az elektródot saját sójába merítik. Ilyenkor nem gázok válnak ki az elektrolitból, hanem ugyanaz a fém, mint amiből maga az elektród készül.
Vonatkoztatott alapfeszültség
Ha egy galvánelem egyik elektródja hidrogén, a másik elektróda pedig különböző fémekből készül, a fémelektródokon különböző feszültségszinteket lehet mérni, azaz így minden fém elektrokémiai feszültsége a hidrogénhez képest – mint alapra – meghatározható. A galvánelem feszültsége az elektródokat alkotó fémek elektrokémiai feszültségének különbségeként számítható.
A fémek elektrokémiai feszültségsorozatát az alábbi táblázat foglalja össze. A táblázat harmadik oszlopában szereplő standard elektródpotenciál a standard hidrogénelektródhoz viszonyított feszültséget jelenti. (A standard hidrogénelektród potenciálja megállapodás szerint 0 V.)
Fém megnevezése | Kémiai jele | Standard elektródpotenciál (Volt) |
---|---|---|
Magnézium | ||
Alumínium | ||
Cink | ||
Vas | ||
Kadmium | ||
Nikkel | ||
Ón | ||
Ólom | ||
Hidrogén | ||
Réz | ||
Ezüst | ||
Higany | ||
Platina | ||
Arany |
A példában szereplő Volta-elem feszültsége:
0,34 – (– 0,76) = 1,1 volt
A galvánelem feszültsége független az elektródák nagyságától, azok távolságától, az elektrolit mennyiségétől, és csak az elektródák anyagi minőségétől, illetve az elektrolittól függ, rendszerint 1–2 volt között mozog, a nagyobb feszültségszintek eléréséhez pedig sorba, azaz galvántelepekké kapcsolják össze
Galvánelem fajták
- Volta-elem
- Leclanché-elem, továbbfejlesztett változata a szárazelem
- Weston-elem
- Daniell-elem
- Cupron-elem
- Akkumulátorok
Források
- Inzelt György: Az elektrokémia korszerű elmélete és módszerei, Nemzeti Tankönyvkiadó, 1999, ISBN 9631891003
- Kiss László, Láng Győző: Elektrokémia, Semmelweis Kiadó és Multimédia Stúdió 2011, ISBN 9789633311486
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme
Egyenáram
Egyenáram mérése
Egyenirányítós lengőtekercses műszer
Elektromágnes (fizika)
Elektromos feszültség
Elektromos térerősség
Fáziseltolódás
Fázismutató
Fajlagos ellenállás
Feszültséggenerátor
Feszültségváltó
Forgó mágneses tér
Háromfázisú hálózat
Hőelektromosság
Hatásos ellenállás
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.