5.7 ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ ΓΑΛΒΑΝΙΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ

ΒΡΙΣΚΕΣΤΕ ΕΔΩ: ΑΡΧΗ > 5.ΓΑΛΒΑΝΙΚΑ > 5.7 ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ ΓΑΛΒΑΝΙΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ

Ο συμβολισμός του γαλβανικού στοιχείου και οι παρανοήσεις

Όλα όσα αναφέραμε παραπάνω, προϋποθέτουν ότι για να συμβολίσουμε ένα γαλβανικό στοιχείο που αποτελείται από τα ημιστοιχεία Α (OxA|RedA) και Β(ΟxB|RedB), πρέπει να γνωρίζουμε ποιο από τα δύο ημιστοιχεία έχει χαμηλότερο δυναμικό. Αυτό αποτελεί την άνοδο και τοποθετείται αριστερά στο συμβολισμό. Για το συμβολισμό των γαλβανικών στοιχείων χρησιμοποιείται γενικά η μορφή:
 
Με αυτόν τον τρόπο συμβολισμού του γαλβανικού στοιχείου, ακόμα και αν δεν γνωρίζουμε τα δυναμικά των δύο ημιστοιχείων, αντιλαμβανόμαστε ότι το ημιστοιχείο που γράφεται αριστερά αποτελεί την άνοδο, γιατί έχει μετρηθεί το δυναμικό του και βρέθηκε μικρότερο από το δυναμικό του ημιστοιχείου που γράφεται δεξιά και ως εκ τούτου αποτελεί την κάθοδο.
Η Ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) του γαλβανικού στοιχείου, είναι πάντα θετική και είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ της καθόδου και της ανόδου.
 
Αν το γαλβανικό στοιχείο έχει γραφτεί με το σωστό συμβολισμό (η άνοδος γράφεται αριστερά και η κάθοδος δεξιά), τότε, συνδέοντας ένα βολτόμετρο στο γαλβανικό στοιχείο έτσι ώστε ο αρνητικός ακροδέκτης του βολτομέτρου (-ή com είσοδο) να συνδέεται με το αριστερό ημιστοιχείο (Α) και ο θετικός ακροδέκτης του βολτομέτρου (+ ή V/Ω είσοδο) με το δεξιό ημιστοιχείο (Β), το βολτόμετρο θα δείξει θετική τιμή για τη διαφορά δυναμικού, η οποία αποτελεί και την Ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) του γαλβανικού στοιχείου.
Στο σημείο αυτό πρέπει να ασχοληθούμε με την κύρια πηγή των παρανοήσεων που σχετίζονται με τα γαλβανικά στοιχεία και οι οποίες επεκτείνονται και στα άλλα δύο κεφάλαια της Χημείας, στην Οξειδοαναγωγή και στην Ηλεκτρόλυση.
Δύο ημιστοιχεία Α και Β, όταν συνδυαστούν μέσω μίας ηλεκτρικής επαφής (γέφυρα άλατος ή πορώδες διάφραγμα),δημιουργούν ένα γαλβανικό στοιχείο.
Αν το γαλβανικό στοιχείο γράφεται:
 

τότε το ημιστοιχείο Α θα έχει το χαμηλότερο δυναμικό, και θα αποτελεί την άνοδο (θα λαμβάνει χώρα οξείδωση), ενώ το ημιστοιχείο Β θα έχει το υψηλότερο δυναμικό και θα αποτελεί την κάθοδο (θα λαμβάνει χώρα αναγωγή). Η συνολική δράση που λαμβάνει χώρα στο γαλβανικό στοιχείο, θα είναι:
 
Η δράση αυτή λαμβάνει χώρα, γιατί «επιβάλλεται» από τα δυναμικά των δύο ηλεκτροδίων και θα είναι η ίδια ανεξάρτητα αν συμβολίσουμε το γαλβανικό στοιχείο Α||Β ή Β||Α. Η απόλυτη τιμή της διαφοράς δυναμικού των δύο ημιστοιχείων Α και Β, είναι η Ηλεκτρεγερτική δύναμη του γαλβανικού στοιχείου, (ΗΕΔ ή Εemf).

Αν αντί για την απόλυτη τιμή, θέλουμε να ορίσουμε την Ηλεκτρεγερτική δύναμη ως διαφορά δυναμικού των δύο ηλεκτροδίων, τότε θα πρέπει να οριστεί ως εξής:
 
γιατί μόνο έτσι προκύπτει από την αφαίρεση θετικός αριθμός για την Ηλεκτρεγερτική δύναμη.

Αν στο εργαστήριο θέλουμε να μετρήσουμε την Ηλεκτρεγερτική δύναμη ενός γαλβανικού στοιχείου, για να προκύψει θετικός αριθμός στην οθόνη του βολτομέτρου, πρέπει να συνδέσουμε τον αρνητικό ακροδέκτη του βολτομέτρου στην άνοδο και το θετικό ακροδέκτη του βολτομέτρου στην κάθοδο:
 
Ανεξάρτητα τώρα από τον τρόπο γραφής του γαλβανικού στοιχείου (Α||Β ή Β||Α), η Ηλεκτρεγερτική δύναμη είναι η ίδια και δεν αλλάζει μεταβάλλοντας τη σειρά με την οποία γράφουμε τα δύο ημιστοιχεία. Αν όμως δεν υπήρχε κάποια σύμβαση για την
τοποθέτηση των ημιστοιχείων, τότε θα έπρεπε είτε να δίνονται ταυτόχρονα και τα δυναμικά των ημιστοιχείων, ώστε να μπορεί ο αναγνώστης να γνωρίζει ποιο ημιστοιχείο αποτελεί την άνοδο, είτε να δηλώνεται αυτό με ένα πρόσημο επάνω από το ημιστοιχείο (π.χ. + για την κάθοδο και ? για την άνοδο).

Αντί αυτού, συμφωνήθηκε από την I.U.P.A.C. (International Union of Pure and Applied Chemistry), να γράφεται ή άνοδος στο αριστερό μέρος και η κάθοδος στο δεξιό.

Με αυτό τον τρόπο γραφής, υποδηλώνονται δύο συμβάσεις:
α. η δράση που λαμβάνει χώρα
 
β. η δεύτερη, που δυστυχώς δεν αναφέρεται σχεδόν πουθενά στις συμβάσεις και στους ορισμούς της I.U.P.A.C., είναι ο τρόπος σύνδεσης του γαλβανικού στοιχείου με το βολτόμετρο.
 
Παρακάτω δίνεται ο ορισμός της I.U.P.A.C. για το δυναμικό του ηλεκτροδίου:
«ονομάζουμε δυναμικό ηλεκτροδίου, την ηλεκτρεγερτική δύναμη ενός γαλβανικού στοιχείου, στο οποίο το ηλεκτρόδιο που γράφεται αριστερά είναι το πρότυπο ηλεκτρόδιο του Υδρογόνου και το ηλεκτρόδιο που γράφεται δεξιά είναι το ηλεκτρόδιο υπό μελέτη.
electrode potential, ορισμός της Ι.U.P.A.C. (Gold Book?ver.2.3/11?1?2011)  
«Electromotive  force  of  a  cell  in  which  the  electrode  on  the  left  is  a  standard  hydrogen  electrode  and the electrode on the right is the electrode in question»
Source: Green Book, 2nd ed., p. 61  PAC,  1996,  68,  957  (Glossary  of  terms  in  quantities  and  units  in  Clinical  Chemistry  (IUPAC?IFCC
Recommendations 1996)) on page 971.
 
Ο παραπάνω ορισμός της I.U.P.A.C. είναι κατά τη γνώμη μας μία από τις κυριότερες πηγές παρανοήσεων. Η απορία που δημιουργείται στον προσεκτικό αναγνώστη με βάση την πρώτη σύμβαση είναι η εξής: εφόσον άλλα ημιστοιχεία έχουν θετικό πρότυπο δυναμικό και άλλα αρνητικό πρότυπο δυναμικό, το πρότυπο ηλεκτρόδιο Υδρογόνου θα πρέπει να γραφεί στα αριστερά (στη θέση της ανόδου) όταν συνδυάζεται με κατηγορία ημιστοιχείων (θετικό δυναμικό) και στα δεξιά (στη θέση της καθόδου) όταν συνδυάζεται με τη δεύτερη κατηγορία ημιστοιχείων (αρνητικό δυναμικό).
Η απορία είναι σωστή και έτσι θα έπρεπε να συμβολίσουμε ένα γαλβανικό στοιχείο που προκύπτει από το συνδυασμό ενός ημιστοιχείου με το Π.Η.Υ. Ο ορισμός αυτός, σχετίζεται ΜΟΝΟ με τον τρόπο μέτρησης του δυναμικού ενός ημιστοιχείου.
Αυτό το οποίο υποδηλώνεται με τον ορισμό αυτό της I.U.P.A.C. είναι το παρακάτω: ανεξάρτητα αν το ημιστοιχείο είναι κάθοδος ή άνοδος -όταν συνδυαστεί με το Π.Η.Υ.- για να μετρήσουμε το δυναμικό του, συνδέουμε το βολτόμετρο, όπως θα το συνδέαμε αν το ημιστοιχείο αυτό ήταν κάθοδος και το Π.Η.Υ. άνοδος. Όπως γνωρίζουμε, το βολτόμετρο θα δείξει μία διαφορά δυναμικού:
 
και επειδή Εανοδ. = ΕΠ.Η.Υ. =0, προκύπτει ότι όποια τάση δείξει το βολτόμετρο, αυτή η τιμή (θετική ή αρνητική) θα αντιστοιχεί στο δυναμικό του ημιστοιχείου.