5.4 ΓΕΦΥΡΑ ΑΛΑΤΟΣ - ΜΑΖΑ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΩΝ

ΒΡΙΣΚΕΣΤΕ ΕΔΩ: ΑΡΧΗ > 5.ΓΑΛΒΑΝΙΚΑ > 5.4 ΓΕΦΥΡΑ ΑΛΑΤΟΣ - ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ

Η γέφυρα άλατος
Το κάθε ηλεκτρόδιο προκύπτει ως συνδυασμός δύο ή περισσότερων φάσεων, όπου υπάρχει τουλάχιστον ένας ιοντικός αγωγός (διάλυμα ηλεκτρολύτη) και ένας ηλεκτρονικός αγωγός (μέταλλο). Για να συνδυαστούν δύο ηλεκτρόδια απαιτείται η σύνδεση των δύο μετάλλων και των δύο διαλυμάτων, έτσι ώστε να μπορεί να γίνει η μεταφορά φορτίου (ηλεκτρονίων) ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια (να κλείσει το κύκλωμα).
Στο εξωτερικό κύκλωμα την κίνηση των φορτίων «αναλαμβάνουν» τα e. Μέσα στο γαλβανικό στοιχείο από το ένα μεταλλικό ή αγώγιμο ηλεκτρόδιο προς το άλλο, την κίνηση«αναλαμβάνουν» τα ιόντα των διαλυμάτων
των ημιστοιχείων και της γέφυρας άλατος.Η σύνδεση των μετάλλων γίνεται με ένα ηλεκτρικά αγώγιμο καλώδιο και ονομάζεται εξωτερική σύνδεση. Η σύνδεση των δύο ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων ονομάζεται εσωτερική σύνδεση και απαιτείται ένας ηλεκτρολυτικός σύνδεσμος, ο οποίος συνήθως είναι μια γέφυρα άλατος. Το υλικό πλήρωσης της γέφυρας άλατος είναι ένα μείγμα άγαρ μαζί με άλας (π.χ. KCl, KNO3). Το άγαρ μαζί με το νερό σχηματίζουν μια πηκτή. Κατά την πήξη της εγκλωβίζεται ανάμεσα στα μεγαλομόρια το υδατικό διάλυμα του άλατος.

Η γέφυρα άλατος έχει διπλό ρόλο
? Προμηθεύει κατιόντα και ανιόντα, τα οποία αντικαθιστούν αυτά που καταναλώνονται στα ηλεκτρόδια, εξασφαλίζοντας την ηλεκτροουδετερότητα των ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων των ημιστοιχείων.(όπως μελετήθηκε αναλυτικά στην προηγούμενη παράγραφο).
? Κλείνει το κύκλωμα επιτρέποντας την κίνηση του φορτίου από το ένα δοχείο στο άλλο.

Μεταβολή της μάζας των ηλεκτροδίων
Αρχικά (πριν κλείσουμε το κύκλωμα στο στοιχείο Daniell) στο ημιστοιχείο του Zn έχει αποκατασταθεί η ισορροπία:
 
Μετά από το κλείσιμο του κυκλώματος, επειδή τα e- λόγω της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων, κινούνται από το ηλεκτρόδιο του Zn (χαμηλό δυναμικό) προς το ηλεκτρόδιο του Cu (υψηλό δυναμικό), διαταράσσεται η παραπάνω ισορροπία (λόγω της μείωσης του αριθμού των e-) και σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά, για να αναπληρωθεί η ποσότητα των ηλεκτρονίων που απομακρύνθηκαν. Η τάση του συστήματος να αποκαταστήσει την ισορροπία, έχει ως αποτέλεσμα την ηλεκτροδιάλυση του Zn, δηλαδή νέα κατιόντα μεταβαίνουν στο διάλυμα, με τη μορφή κατιόντων Zn2+(aq), εγκαταλείποντας στο μέταλλο e- .
Αν στη φάση αυτή διακόπταμε την επικοινωνία των δύο ηλεκτροδίων- ανοίγοντας το κύκλωμα-, θα είχαμε ταχύτατα αποκατάσταση νέας ισορροπίας.
Επειδή όμως διατηρείται η αγώγιμη δίοδος των ηλεκτρονίων, τα νέα e- (που ελευθερώνονται στο πλέγμα του Zn) διαφεύγουν συνεχώς προς το ηλεκτρόδιο του Cu (μέσω αγωγού-αμπερομέτρου). Έτσι ο Zn οξειδώνεται συνεχώς (ηλεκτροοξειδώνεται) και ηλεκτροδιαλύεται σιγά-σιγά προς το διάλυμα, ως επιδιαλυτωμένα κατιόντα Zn2+(aq).
Το ηλεκτρόδιο του Zn διαβρώνεται ηλεκτροδιαλυόμενο (και λεπταίνει σιγά-σιγά) και στο διάλυμα αυξάνεται συνεχώς η συγκέντρωση των Zn2+(aq). Στο ηλεκτρόδιο του Cu, από την άλλη πλευρά, επειδή καταφθάνουν τα e- από το ηλεκτρόδιο του Zn, διαταράσσουν την ισορροπία:
 
Στην προσπάθεια αποκατάστασης της ισορροπίας (εξουδετέρωση των e- εισβολέων), σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, συνεχώς κατιόντα Cu2+ που βρίσκονται στο διάλυμα αλλά πολύ κοντά στη διεπιφάνεια μετάλλου-διαλύματος, προσεγγίζουν το ηλεκτρόδιο Cu, προσλαμβάνουν τα (επιπλέον) e- και ανάγονται (ηλεκτροανάγονται)  προς μεταλλικό Cu, o οποίος είτε αποτίθεται (επικάθεται) στο ηλεκτρόδιο του Cu, το οποίο εμφανίζει αύξηση της μάζας του (χοντραίνει), είτε δημιουργείται κολλοειδής μεταλλικός χαλκός ο οποίος τελικά καθιζάνει στον πάτο του ημιστοιχείου ως μία κολλοειδής κοκκινωπή μάζα.