ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

Гальванический элемент (ячейка) представляет собой ряд проводящих фаз, находящихся в контакте одна с другой; обычно это металлические электроды и один или несколько жидких электролитов. На каждой межфазной границе, разделяющей две или большее число фаз, различающихся

по составу, возникает разность потенциалов. Э. д. с. элемента равна алгебраической сумме всех этих межфазных потенциалов, включая возможные контактные разности потенциалов. Э. д. с. элемента — это разность потенциалов между двумя одинаковыми металлами — концами цепи проводящих фаз.

Различают следующие типы элементов:

а) Первичный гальванический элемент (см.) — это устройство, в котором для получения электрической энергии используется самопроизвольная химическая реакция. Он действует как источник электрической энергии до тех пор, пока не израсходуются соответствующие вещества. В качестве примеров можно привести элемент Даниэля (см.), сухой элемент (см.) и ртутный элемент (см.).

В электролизере (см.) в отличие от первичного элемента происходит обратный процесс: электрическая энергия внешнего источника вызывает желаемую химическую реакцию (см. электроосаждение металлов, электролиз воды).

б) Вторичный элемент, или аккумулятор (см.), действует как первичный элемент до тех пор, пока не разрядится, затем его перезаряжают от внешнего источника тока и он возвращается в первоначальное состояние. В процессе заряда вторичный элемент функционирует как электролитическая ячейка (электролизер).

Первичные и вторичные элементы могут быть последовательно соединены в батарею, которая дает более высокие напряжения, чем отдельный элемент.

в) Топливный элемент (см.), или электрохимический генератор энергии, представляет собой первичный элемент, в который непрерывно вводятся реагенты и из которого непрерывно выводятся продукты реакции; поэтому теоретически этот элемент может работать неограниченно долгое время.

г) Обратимый гальванический элемент (см.) специально предназначен для термодинамических и некоторых других измерений. В любом первичном элементе изменения свободной энергии для данной химической реакции в принципе могут преобразовываться в электрическую энергию, но на практике всегда возникают потери энергии, обусловленные «трением» как в электролите (сопротивление), так и на электродах [перенапряжение (см.)]. В обратимых

элементах таких потерь можно избежать, измеряя потенциометрически максимальную э.д.с., к которой должна приводить токообразующая реакция в термодинамически обратимых условиях. Поэтому при конструировании обратимых гальванических элементов основное внимание уделяется не удобству их использования в качестве источников электричества, а воспроизводимости и химической чистоте их составных частей (см. термодинамика гальванических элементов).

д) В концентрационном элементе (см. концентрационная цепь) появление э.д.с. обусловлено наличием разности концентраций одного или большего числа реагентов вблизи поверхности электродов.

См. также Обратимый гальванический элемент; [7, 14, 22).