Obecný galvanický článek

30. 7. 2013, 0:00

Jan Pokorný

Úvod

V tomto experimentu použijeme elektrody z jiných kovů, ponořených do roztoků svých solí. Budeme pozorovat rozdílné elektromotorické napětí.

Pomůcky

Měděná elektroda, stříbrná elektroda, zinková elektroda, železná elektroda, hliníková elektroda, kádinky, solný můstek, skleněné tyčinky, lžička na chemikálie, vodiče s krokosvorkami, voltmetr, smirkový papír.

Chemikálie

Pentahydrát síranu měďnatého $({\rm CuSO_{4}.5H_{2}O})$, chlorid, dusičnan nebo síran stříbrný $({\rm AgCl, AgNO_{3}, Ag_{2}SO_{4}})$, heptahydrát síranu zinečnatého $({\rm ZnSO_{4}.7H_{2}O})$, heptahydrát síranu železnatého $({\rm FeSO_{4}.7H_{2}O})$, dusičnan nebo síran hlinitý $({\rm Al(NO_{3})_{3}, Al_{2}(SO_{4})_{3}})$, dusičnan draselný $({\rm KNO_{3}})$, chlorid draselný $({\rm KCl})$, destilovaná voda.

Postup

• Do kádinek nalijeme asi 50 ml destilované vody, lžičkou vsypeme cca 0,5–1 g solí a skleněnou tyčinkou mícháme do rozpuštění.
• Do roztoků poté vložíme příslušné elektrody, kádinky spojíme solným můstkem naplněným nasyceným roztokem $({\rm KCl})$ nebo ${\rm KNO_{3}}$ a voltmetrem změříme elektromotorické napětí článku. Naměřená napětí si zapisujeme do tabulky a poté je srovnáme s teoretickými hodnotami podle Beketovovy řady elektrodových potenciálů kovů.

Obr. 1 Galvanický článek složený ze stříbrné a měděné elektrody

Obr. 2 Galvanický článek složený ze stříbrné a zinkové elektrody

Závěr

Při měření elektromotorického napětí článků z různých elektrod jsme zjistili, že každý článek poskytuje odlišný potenciálový rozdíl. Elektromotorické napětí článku se stříbrnou a měděnou elektrodou se shoduje s teoretickou hodnotou, neboť oba prvky jsou ušlechtilé (viz obr. 1). Při měření s hliníkovou elektrodou napětí článku vůbec neodpovídá teoretické hodnotě, ve všech případech je rapidně nižší. Tato skutečnost je způsobena vysokou reaktivitou čistého hliníku, jenž se na vzduchu ihned potahuje vrstvičkou oxidu, která brání přechodu iontů do roztoku. Pokud hliníkovou elektrodu obrousíme smirkovým papírem, rychle vložíme do roztoku elektrolytu a měříme napětí, vidíme, že z poměrně vysoké hodnoty velmi rychle klesá, teoretické hodnoty však nikdy nedosáhne. Elektromotorické napětí článku se stříbrnou a zinkovou elektrodou se může lišit asi o 0,1 V od teoretické hodnoty (viz obr. 2).

Poznámky

• Jako měděnou elektrodu můžeme použít obyčejný měděný drát průřezu alespoň 1 mm.
• Zinkovou elektrodu získáme rozebráním ploché 4,5 V baterie. Zinkovou nádobku ponecháme vcelku, nebo ji rozstříháme na pásky.
• Jako železná elektroda dobře poslouží železný hřebík délky 8–10 cm, který má průřez asi 4 mm. V dnešní době se však hřebíky vyrábějí ze slitin, aby se zamezilo rychlé korozi, proto si u prodejce ověříme předem, jestli je hřebík ze surového železa.
• Hliníkovou elektrodu vyrobíme z alobalu, nebo použijeme hliníkový drát, používaný dříve k rozvodům elektrické sítě.
• Všechny elektrody je vhodné před ponořením do elektrolytu řádně očistit a obrousit smirkovým papírem, abychom se zbavili povrchové vrstvičky oxidu.
• Pokud nemáme k dispozici solný můstek s fritami, použijeme gumovou hadici, jejíž konce ucpeme polštářkem z buničiny.
• K přípravě elektrolytů můžeme použít i jiné soli příslušných kovů rozpustné ve vodě, výše je uveden výčet nejběžnějších z nich.
• Síran měďnatý známe pod názvem „modrá skalice“, síran zinečnatý jako „bílá skalice“ a síran železnatý jako „zelená skalice“. Všechny tři sírany krystalují v hydratované formě.
• Z chloridu a dusičnanu draselného připravíme nasycené roztoky, které použijeme jako elektrolyty do solného můstku.
• Roztoky elektrolytů připravujeme pouze odhadem, nemusíme dbát na zcela přesné koncentrace. Aktivita iontů v roztoku výsledné elektromotorické napětí článků příliš neovlivní.
• Sůl do elektrolytu solného můstku volíme podle toho, zda některý z kovových kationtů nereaguje s aniontem elektrolytu v můstku. Např. při použití stříbrné elektrody a roztoku ${\rm AgNO_{3}}$ by docházelo ke vzniku nerozpustné sraženiny ${\rm AgCl}$, pokud by elektrolytem solného můstku byl nasycený roztok ${\rm KCl}$.
• Pokud se nám elektromotorické napětí článku zdá příliš nízké, zkusíme pečlivěji očistit elektrody a jejich povrch obrousit smirkovým papírem. Čím méně ušlechtilý kov ve článku použijeme, tím výraznější bude odchylka od teoretické hodnoty napětí.

Použitá literatura a zdroje

Diskuze (0)

Fotogalerie (2)