Ogniwo Volty

Rysunki z pracy Volty przedstawiające baterie (stosy) ogniw. Naczynia końcowe służą do sprawdzania napięcia przez zanurzenie rąk.
Stos Volty

Ogniwo Volty – ogniwo galwaniczne, w którym elektrodami są płytki cynkowe i miedziane, zanurzone w wodnym roztworze elektrolitu.

Historia

Ogniwo Volty

Konstrukcja ogniwa Volty jest przypisywana włoskiemu fizykowi Alessandrowi Volcie, który w 1800 roku opisał skonstruowane przez siebie pierwsze ogniwo elektryczne[1]. Pierwotna konstrukcja składała się z szeregu naczyń, w których w roztworze soli umieszczone były po dwie blaszki z różnych metali. Końcowe pojemniki miały tylko jedną blaszkę. Volta sprawdzał „siłę” zbudowanej baterii przez wrażenie, jakie odczuwał po zanurzeniu rąk w skrajnych naczyniach. Prowadząc eksperymenty z różnymi metalami, zauważył, że najsilniejszy efekt uzyskuje stosując jako jedną elektrodę miedź lub srebro, a jako drugą cynk. Skonstruował na tej podstawie urządzenie znane później jako „stos Volty”, w którym naczynia zostały zastąpione przekładkami z kartonu nasączonego słoną wodą[2][3].

Zasada działania

W pierwotnej konstrukcji Volty elektrolitem jest solanka[3][4], zaś na elektrodzie cynkowej zachodzi utlenianie jej materiału do kationów Zn2+, które przechodząc do roztworu wodnego uwalniają elektrony zgodnie z reakcją:

anoda cynkowa (utlenianie): Zn → Zn2+ + 2e−

Natomiast na elektrodzie miedzianej (która pełni tutaj głównie rolę przewodnika ładunków) zachodzi reakcja redukcji jonów hydroniowych do gazowego wodoru:

katoda miedziana (redukcja): 2H3O+ + 2e− → H2↑ + 2H2O

Zachodzące na obu elektrodach procesy sprowadzają się do sumarycznej reakcji[5][6]:

Zn + 2H3O+ → Zn2+ + 2H2O + H2↑

Jony hydroniowe pochodzą z autodysocjacji wody (w przypadku gdy elektrolitem jest solanka), więc obojętność elektryczna całego roztworu zapewniana jest przez aniony wodorotlenkowe powstające w równych ilościach do H3O+. Dlatego w środowisku obojętnym powstaje Zn(OH)2 (cynk wypiera wodór z wody).

W późniejszych konstrukcjach solankę zastąpiły inne elektrolity, np. roztwór kwasu siarkowego[7], w którym aniony siarczanowe SO42− i wodorosiarczanowe HSO4−, pochodzące z dysocjacji elektrolitycznej H2SO4, zobojętniają dodatni ładunek kationów po obu stronach powyższej reakcji (powstaje sól cynku – cynk wypiera wodór z kwasu).

Dla takiego układu siła elektromotoryczna ogniwa wynosi około 0,76 V, zaś zapis obwodu to: (–) Zn | H2SO4 | Cu (+).

Przypisy

  1. ↑ Alessandro Volta, [w:] Encyclopædia Britannica [dostęp 2020-02-02] (ang.).
  2. ↑ Krzysztof Amborski, Krystyn Pawluk, Alessandro Volta i jego ogniwa, „Maszyny Elektryczne – Zeszyty Problemowe”, 4/2017 (116), 2017, s. 139–142 [dostęp 2020-02-02].
  3. 1 2 On the Electricity excited by the mere Contact of conducting Substances of different Kinds. [dostęp 2019-09-29].
  4. ↑ This Month in Physics History [online], www.aps.org [dostęp 2020-10-09] (ang.).
  5. ↑ Franco Decker, Volta and the "Pile" [online], Electrochemistry Encyclopedia [dostęp 2020-10-09].
  6. ↑ Jerry Goodisman, Observations on Lemon Cells, „Journal of Chemical Education”, 78 (4), 2001, s. 516, DOI: 10.1021/ed078p516 (ang.).
  7. ↑ Encyklopedia fizyki, t. II, Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1973, s. 543.
This article is issued from Wikipedia. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.