6.2 ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΓΑΛΒΑΝΙΚΟΥ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ

ΒΡΙΣΚΕΣΤΕ ΕΔΩ: ΑΡΧΗ > 6.ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ > 6.2  ΤΟ ΓΑΛΒΑΝΙΚΟ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΟ

Μετατροπή ενός γαλβανικού στοιχείου σε ηλεκτρολυτικό στοιχείο

Έστω έχουμε ένα κύκλωμα που περιέχει μία πηγή Ε και διαρρέεται από ρεύμα δεξιόστροφο (σχήμα 2.1).

Σύμφωνα με τις γενικές γνώσεις του ηλεκτρισμού, γνωρίζουμε πως αν θέλουμε να αλλάξουμε τη φορά του ηλεκτρικού ρεύματος στο κύκλωμα (αριστερόστροφο), θα πρέπει να ισχύουν δύο προϋποθέσεις:

? να συνδέσουμε μια εξωτερική πηγή Εεξ ανάστροφα (δηλαδή έτσι ώστε το ρεύμα που θα δημιουργούσε αν ήταν μόνη της στο κύκλωμα να είναι αντίθετο με αυτό που δημιουργεί η πηγή Ε)
? η διαφορά δυναμικού της εξωτερικής πηγής να είναι μεγαλύτερη από αυτή που έχει η πηγή του κυκλώματος, δηλαδή να ισχύει: Εεξ.>Ε

 Σύνδεση εξωτερικής πηγής ανάστροφα 

Αυτό ακριβώς προκύπτει από το παραπάνω σχήμα . Παρατηρούμε ότι στο πρώτο σχήμα το ρεύμα είναι δεξιόστροφο, ενώ στο δεύτερο σχήμα άλλαξε η φορά του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα (αριστερόστροφο). Το ίδιο ακριβώς μπορούμε να εφαρμόσουμε και σε ένα γαλβανικό στοιχείο.
Ας μελετήσουμε το στοιχείο Daniell. Γνωρίζουμε ότι η διαφορά δυναμικού που αναπτύσσεται σ? αυτό το γαλβανικό στοιχείο είναι Ε = 1,1 V. Αν συνδέσουμε ανάστροφα μια εξωτερική πηγή με Εεξ. > 1,1 V, τότε θα υπερισχύσει το ηλεκτρικό ρεύμα που καθορίζεται από την εξωτερική πηγή. Αντιστρέφεται δηλαδή η ροή των ηλεκτρονίων, και αυτό έχει ως αποτέλεσμα στα δύο ηλεκτρόδια να συμβεί το αντίστροφο φαινόμενο.

  Σύνδεση εξωτερικής πηγής ανάστροφα σε γαλβανικό στοιχείο 

Στο παραπάνω σχήμα φαίνεται το ρεύμα που παράγεται από το γαλβανικό στοιχείο του Daniell (δεξιόστροφο) αλλά και ο ρόλος των ηλεκτροδίων (το ηλεκτρόδιο του Zn αποτελεί την άνοδο και το ηλεκτρόδιο του Cu αποτελεί την κάθοδο). Συνδέθηκε ανάστροφα εξωτερική πηγή με Εεξ. > 1,1 V . Παρατηρούμε ότι άλλαξε η φορά του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα (αριστερόστροφο), αλλά ταυτόχρονα άλλαξε και ο ρόλος των ηλεκτροδίων στο γαλβανικό στοιχείο του Daniell. Στο καινούργιο κύκλωμα, το ηλεκτρόδιο του Zn αποτελεί την κάθοδο και το ηλεκτρόδιο του Cu αποτελεί την άνοδο.
Συγκεκριμένα στο ηλεκτρόδιο του Zn, (αντίθετα απ? ότι συμβαίνει στο στοιχείο Daniell)
τα κατιόντα Zn2+(aq) από το διάλυμα προσλαμβάνουν e- (προερχόμενα από τον αρνητικό πόλο της πηγής) και ανάγονται (ηλεκτροανάγονται) προς μεταλλικό Zn, o οποίος αποτίθεται (επικάθεται) στο ηλεκτρόδιο του Zn, το οποίο εμφανίζει αύξηση της μάζας του (χοντραίνει). Δηλαδή το ηλεκτρόδιο του Zn αποτελεί την κάθοδο, επειδή συμβαίνει αναγωγή (μειώνεται ο αριθμός οξείδωσης).
 
Το ηλεκτρόδιο του Cu (αντίθετα απ? ότι συμβαίνει στο γαλβανικό στοιχείο Daniell), διαβρώνεται ηλεκτροδιαλυόμενο (και λεπταίνει σιγά-σιγά) και στο διάλυμα αυξάνεται συνεχώς η συγκέντρωση των Cu2+(aq). Δηλαδή το ηλεκτρόδιο του Cu αποτελεί την άνοδο, επειδή συμβαίνει οξείδωση (αυξάνεται ο αριθμός οξείδωσης).
 
Με πρόσθεση κατά μέλη των δύο οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται στα δύο ηλεκτρόδια προκύπτει η συνολική αντίδραση που πραγματοποιείται:
 
Πρόκειται για μια μη αυθόρμητη οξειδοαναγωγική αντίδραση (σύμφωνα με τον πίνακα των κανονικών δυναμικών οξειδοαναγωγής). Ωστόσο όμως μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρήση κατάλληλης εξωτερικής πηγής και τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε χημική. Με αυτό τον τρόπο έχουμε κατασκευάσει ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο.