Elektolizer, czy ogniwo?*
Jaka jest różnica pomiędzy ogniwem galwanicznym a elektrolizerem? Na
to pytanie pomogą nam odpowiedzieć dwa proste doświadczenia opisane poniżej.
Zasadnicze różnice można opisać następująco:
Ogniwo galwaniczne
|
Elektrolizer
|
Reakcje przebiegają samorzutnie. |
Reakcje są wymuszane przyłożonym z zewnątrz napięciem. |
Przebiegające w ogniwie reakcje powodują przepływ elektronów w obwodzie
zewnętrznym. |
Przyłożone z zewnątrz napięcie wywołuje ruch elektronów
w przeciwną stronę jak w ogniwie. |
Procesy polegają na przekazaniu energii z ogniwa do otoczenia, czyli
do obwodu zewnętrznego (procesy egzoenergetyczne). |
Zewnętrzne źródło prądu przekazuje energię reagentom elektrolizera
(procesy endoenergetyczne). |
Zestaw doświadczalny pracujący jako elektrolizer
|
Elektroliza wodnego roztworu bromku cynku
Sprzęt i odczynniki:
Wysoka zlewka (250 cm3), tektura, dwie elektrody grafitowe
z przewodami elektrycznymi, żródło prądu stałego 4.5V. Bromek cynku - roztwór
o stężeniu 0.3 M.
Wykonanie:
Zlewkę dzielimy odpowiednio przyciętym kawałkiem tektury sięgającej
do jej dna na dwie części, tworząc w ten sposób półprzepuszczalną przegrodę.
Wlewamy elektrolit (roztwór ZnBr2) i w każdej z przegród zanurzamy
elektrodę grafitową. Końce elektrod łączymy ze źródłem prądu stałego (4.5V). |
Wyjaśnienie:
W wyniku procesu elektrolizy wodnego roztworu bromku cynku wokół elektrody
dodatniej (anody) roztwór zabarwia się na żółto (od Br2), zaś
na elektrodzie ujemnej (katodzie) osadza się metaliczny cynk.
Wydzielanie się Br2 i Zn na elektrodach jest wynikiem reakcji
chemicznych zachodzących pod wpływem energii dostarczanej z zewnątrz do
układu. Jest to proces endoenergetyczny.
|
Zestaw doświadczalny pracujący jako ogniwo
|
Cynk i brom jako ogniwo galwaniczne
Sprzęt i odczynniki:
Naczynie elektrolityczne z zawartością z poprzedniego doświadczenia,
silniczek elektryczny na prąd stały (wiatraczek, 1.5V), woltomierz,
żarówka (maksymalnie 0.02A, 2.1V).
Wykonanie:
Po przeprowadzeniu elektrolizy według opisu przedstawionego powyżej
, na elektrodach zanurzonych w roztworze powinny być wydzielone zauważalne
ilości produktów. Do elektrod podłączamy następnie woltomierz. Elektrodę
pokrytą cynkiem łączymy z ujemnym znakiem woltomierza, a elektrodę na której
wydzielał się brom ze znakiem dodatnim. Zamiast woltomierza możemy włączyć
do obwodu silniczek lub żarówkę. |
Wyjaśnienie:
Procesy chemiczne zachodzące na elektrodach przebiegają teraz odwrotnie
do tych, jakie zachodziły podczas elektrolizy. Uzyskana energia elektryczna
(proces egzoenergetyczny) jest wynikiem utleniania metalicznego cynku,
wydzielanego podczas elektrolizy ZnBr2 i redukcji bromu.
|
*Na podstawie (Piosik i Karawajczyk 2000)
stankor@uwm.edu.pl
|