כדי לשרטט תרשים של תא גלווני, יש צורך להבין את עקרון הפעולה שלו, תכונות מבניות.
צרכנים ממעטים לשים לב לסוללות ולסוללות, בעוד שמקורות הכוח האלה הם המבוקשים ביותר.
מקורות עכשוויים כימיים
מהו תא גלווני? המעגל שלו מבוסס על אלקטרוליט. המכשיר כולל מיכל קטן שבו נמצא האלקטרוליט, נספג בחומר המפריד. בנוסף, התוכנית של שני תאים גלווניים מניחה נוכחות של קתודה ואנודה. איך קוראים לתא גלווני כזה? הסכמה המקשרת בין שתי מתכות מציעה תגובת חיזור.
התא הגלווני הפשוט ביותר
זה מרמז על נוכחות של שתי לוחות או מוטות העשויים ממתכות שונות, הטבולות בתמיסת אלקטרוליט חזקה. במהלך פעולת התא הגלווני הזה, מתבצע תהליך חמצון על האנודה, הקשור להחזרת אלקטרונים.
בקתודה - התאוששות, בליוויקבלה של חלקיקים שליליים. ישנה העברה של אלקטרונים דרך המעגל החיצוני אל המחמצן מהחומר המצמצם.
דוגמה לתא גלווני
כדי ליצור מעגלים אלקטרוניים של תאים גלווניים, יש צורך לדעת את הערך של פוטנציאל האלקטרודה הסטנדרטי שלהם. בואו ננתח גרסה של תא גלווני נחושת-אבץ הפועל על בסיס האנרגיה המשתחררת במהלך האינטראקציה של נחושת גופרתית עם אבץ.
תא גלווני זה, שסכמתו תינתן להלן, נקרא תא יעקבי-דניאל. הוא כולל פלטת נחושת, שטבולה בתמיסת נחושת גופרתית (אלקטרודת נחושת), והיא מורכבת גם מלוחית אבץ, שנמצאת בתמיסה של הסולפט שלה (אלקטרודת אבץ). התמיסות נמצאות במגע אחת עם השנייה, אך על מנת למנוע ערבוב שלהן, האלמנט משתמש במחיצה העשויה מחומר נקבובי.
עקרון הפעולה
איך מתפקד תא גלווני, שהמעגל שלו הוא Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu? במהלך פעולתו, כאשר המעגל החשמלי סגור, מתרחש תהליך החמצון של אבץ מתכתי.
על משטח המגע שלו עם תמיסת מלח, נצפית הפיכת אטומים לקטיונים Zn2+. התהליך מלווה בשחרור אלקטרונים "חופשיים", הנעים לאורך המעגל החיצוני.
ניתן לייצג את התגובה המתרחשת על אלקטרודת האבץ באופן הבא:
Zn=Zn2+ + 2e-
התאוששותקטיוני מתכת מתבצעת על אלקטרודת נחושת. חלקיקים שליליים הנכנסים לכאן מאלקטרודת האבץ מתחברים עם קטיוני נחושת, ומפקידים אותם בצורה של מתכת. תהליך זה הוא כדלקמן:
Cu2+ + 2e-=Cu
אם נוסיף את שתי התגובות שנדונו לעיל, נקבל משוואה כוללת שמתארת את פעולתו של תא גלווני אבץ-נחושת.
אלקטרודת אבץ פועלת כאנודה, נחושת משמשת כקתודה. תאים וסוללות גלווניים מודרניים דורשים שימוש בתמיסת אלקטרוליט בודדת, מה שמרחיב את היקף היישום שלהם, הופך את פעולתם לנוחה ונוחה יותר.
זנים של תאים גלווניים
הנפוצים ביותר הם יסודות פחמן-אבץ. הם משתמשים בקולט זרם פחמן פסיבי במגע עם האנודה, שהיא תחמוצת מנגן (4). האלקטרוליט הוא אמוניום כלוריד, מיושם כמשחה.
זה לא מתפשט, אז התא הגלווני עצמו נקרא יבש. התכונה שלו היא היכולת "להתאושש" במהלך הפעולה, אשר משפיעה לטובה על משך תקופת הפעולה שלהם. לתאים גלווניים כאלה יש עלות נמוכה, אך הספק נמוך. כשהטמפרטורה יורדת, הם מפחיתים את היעילות שלהם, וכשהיא עולה, האלקטרוליט מתייבש בהדרגה.
אלמנטים בסיסיים כוללים שימוש בתמיסה אלקלית, כך שיש להם די הרבהיישומים.
בתאי ליתיום, מתכת פעילה פועלת כאנודה, המשפיעה לטובה על חיי השירות. לליתיום יש פוטנציאל אלקטרודה שלילי, לכן, עם ממדים קטנים, לאלמנטים כאלה יש מתח מדורג מרבי. בין החסרונות של מערכות כאלה הוא המחיר הגבוה. פתיחת מקורות כוח ליתיום היא חומר נפץ.
מסקנה
עקרון הפעולה של כל תא גלווני מבוסס על תהליכי חיזור המתרחשים בקתודה ובאנודה. בהתאם למתכת בשימוש, פתרון האלקטרוליט שנבחר, חיי השירות של האלמנט משתנה, כמו גם ערך המתח המדורג. נכון לעכשיו, מבוקשים תאים גלווניים ליתיום, קדמיום, בעלי חיי שירות ארוכים למדי.
