ELEKTROCHEMICK╔ ╚L┴NKY

Galvaniho "₧ivoΦiÜnß" elekt°ina

Italsk² p°φrodov∞dec a lΘka° Luigi Galvani (1737 - 1798) p°i pitvßnφ ₧ab zpozoroval (vlastn∞ prvnφ si toho vÜimla jeho ₧ena), ₧e sebou ₧abφ steh²nka polo₧enß na plechu p°i dotyku operaΦnφho no₧e Ükubajφ. V letech 1780 a₧ 1790 provedl Galvani mnoho pokus∙ s ₧abφmi steh²nky. Myln∞ se domnφval, ₧e cukßnφ ₧abφch steh²nek zp∙sobuje "₧ivoΦiÜnß" elekt°ina.
Na pokusy Luigi Galvaniho navßzal jin² italsk² fyzik Alessandro Volta (1745 -1827). Zjistil, ₧e jevy, kterΘ pozoroval Galvani, zp∙sobuje dotyk dvou r∙zn²ch kov∙ odd∞len²ch vlhkou lßtkou. Sv∙j objev zve°ejnil roku 1800 v Lond²n∞.
Alessandro Volta sestrojil prvnφ elektrick² Φlßnek a na Galvaniho poΦest nazval vyrßb∞n² proud proudem galvanick²m. Odtud pochßzφ i nßzev pro dneÜnφ galvanickΘ Φlßnky.

Znali galvanickΘ Φlßnky skuteΦn∞ ji₧ p°ed poΦßtkem naÜeho letopoΦtu ?

OvÜem prvnφ elektrick² Φlßnek mo₧nß fungoval o mnoho stoletφ d°φve. V jednom bagdßdskΘm muzeu je uchovßvßn elektrick² Φlßnek z obdobφ parthskΘ °φÜe (250 p°. n.1. 224 n.1.). V nßdob∞ z pßlenΘ hlφny asi 18 cm vysokΘ je umφst∞n 10 cm vysok² vßlec z m∞d∞nΘho plechu. Äeleznß tyΦinka provleΦenß vφΦkem vßlce je ode dna i od vφΦka m∞d∞nΘho vßlce izolovßna asfaltem. N∞kte°φ v∞dci se domnφvajφ, ₧e jako elektrolyt pravd∞podobn∞ slou₧ila vymaΦkanß Ü¥ßva z hrozn∙. Tento zdroj stejnosm∞rnΘho proudu se mohl pou₧φvat ke galvanickΘmu pozlacovßnφ r∙zn²ch m∞d∞n²ch nebo st°φbrn²ch nßdob, Üperk∙ a jin²ch p°edm∞t∙.

Elektrolyty

Elektrolyt je kapalina, ve kterΘ dochßzφ ke Üt∞penφ molekul na ionty zßpornΘ anionty a kladnΘ kationty. K rozkladu elektrolytu dochßzφ ·Φinkem stejnosm∞rnΘho proudu. ElektrickΘ pole mezi elektrodami p°ipojen²mi ke zdroji nap∞tφ zp∙sobφ, ₧e se anionty pohybujφ k anod∞ (kladnß elektroda) a kationty p°itahuje katoda (zßpornß elektroda). Elektrickou vodivost elektrolytu zp∙sobuje uspo°ßdan² pohyb iont∙. V elektrolytu se vytvß°φ rovnovßha kladn²ch a zßporn²ch iont∙ a elektrolyt navenek p∙sobφ jako elektricky neutrßlnφ.
Po dopadu na zßpornou elektrodu si z nφ kationty doplnφ chyb∞jφcφ elektrony a vznikne neutrßlnφ atom. Anionty p°i dopadu na anodu sv∙j nßboj odevzdßvajφ. Neutrßlnφ Φßstice uvoln∞nΘ na elektrodßch neustßle reagujφ mezi sebou, s elektrolytem nebo i s elektrodami. Elektrolyt mß tzv. iontovou vodivost, kterß umo₧≥uje, ₧e v elektrickΘm poli mezi elektrodami v elektrolytu prochßzφ proud.

Princip galvanickΘho Φlßnku. Cu - m∞d∞nß elektroda, Zn - zinkovß elektroda, I - proud, e - sm∞r elektron∙

GalvanickΘ Φlßnky

GalvanickΘ Φlßnky vyu₧φvajφ chemickou reakci, p°i nφ₧ se uvol≥uje energie ve form∞ elektrickΘho pole. P°i chemickΘ reakci mß molekula nov∞ vzniklΘ slouΦeniny menÜφ energii ne₧ souΦet energiφ Φßstφ, z nich₧ vznikla.
Galvanick²ch Φlßnk∙ existuje mnoho druh∙. N∞kterΘ se dajφ opakovan∞ nabφjet, proto₧e elektrochemickΘ d∞je, kterΘ v nich probφhajφ, jsou vratnΘ.
P∙vodnφ Φlßnky byly mokrΘ - s tekut²m elektrolytem. Dnes se nejvφce pou₧φvajφ suchΘ Φlßnky, je₧ majφ mezi elektrodami p≤rovitou hmotu nasycenou elektrolytem. Montß₧ such²ch Φlßnk∙ je velmi jednoduchß. SuchΘ Φlßnky by se vlastn∞ m∞ly oznaΦovat jako vlhkΘ, proto₧e ·pln∞ bez vody by elektrolyt nep∙sobil.
NejjednoduÜÜφ galvanick² Φlßnek se sklßdß z elektrolytu a dvou elektrod. Jako elektrolyt se pou₧φvß kyselina sφrovß (H₂SO₄). Kladnß elektroda je z m∞di (Cu) a zßpornß ze zinku (Zn). P°i z°ed∞nφ kyseliny sφrovΘ vodou (H₂O) uvol≥ujφ molekuly vody pevnou vazbu molekul kyseliny sφrovΘ, kterß se rozÜt∞pφ na kladnΘ a zßpornΘ ionty. Mezi nßboji je ale rovnovßha a elektrolyt z∙stßvß elektricky neutrßlnφ.
P°i pono°enφ zinkovΘ elektrody do elektrolytu se zaΦne zinek rozpouÜt∞t a jeho kationty nabijφ elektrolyt kladn∞. Na elektrod∞ z∙stanou volnΘ elektrony a elektroda se nabije zßporn∞. M∞∩ se v roztoku kyseliny sφrovΘ rozpouÜtφ mΘn∞ ne₧ zinek. Mezi kladnou a zßpornou elektrodou se objevφ nap∞tφ 1,05 V.
Jestli₧e na svorky galvanickΘho Φlßnku p°ipojφme spot°ebiΦ, poruÜφ se rovnovß₧n² stav, elektrony se p°es spot°ebiΦ odvßd∞jφ ze zinkovΘ elektrody na elektrodu m∞d∞nou a vodφk se vyluΦuje na kladnΘ elektrod∞ nebo unikß z elektrolytu. Tφm je poruÜena rovnovßha mezi ionty a vznikß sφran zineΦnat², kter² se usazuje v nßdob∞ galvanickΘho Φlßnku. Proto₧e tak v roztoku ub²vajφ ionty zinku, dochßzφ k novΘmu rozpouÜt∞nφ zinkovΘ elektrody. Pon∞vad₧ vodφk, vylouΦen² na kladnΘ elektrod∞, by se op∞t sluΦoval a sni₧ovalo by se nap∞tφ Φlßnku, odstra≥uje se tento nep°φzniv² jev depolarizßtorem, kter²m se elektroda obalφ. Depolarizßtor je lßtka bohatß na kyslφk, jen₧ vß₧e vodφk za vzniku vody.

Such² LeclanchΘ∙v Φlßnek. 1 - zßpornß (-) zinkovß elektroda, 2 - kladnß (+) uhlφkovß elektroda, 3 - zahuÜt∞n² elektrolyt, 4 - depolarizßtor

Nejpou₧φvan∞jÜφmi jsou suchΘ LeclanchΘovy Φlßnky. Kladnß elektroda, kterou tvo°φ uhlφkovß tyΦinka, je umφst∞na v sßΦku s depolarizßtorem. Depolarizßtor tvo°φ sm∞s oxidu manganiΦitΘho s grafitem a slou₧φ k odstran∞nφ ·Φink∙ vodφku, jen₧ se vyluΦuje na uhlφkovΘ elektrod∞. Vodφk je izolant, a kdyby pokryl anodu, naruÜil by funkci Φlßnku. Zßpornou elektrodu tvo°φ zinkovß nßdoba. Elektrolytem je chlorid amonn² zahuÜt∞n² pastou, aby se neroztΘkal.
V LeclanchΘov∞ Φlßnku probφhß nevratn² d∞j, proto se nedß nabφjet. V²hodou LeclanchΘova Φlßnku je nφzkß v²robnφ cena a jednoduchß konstrukce. Jeho svorkovΘ nap∞tφ je 1,5 V.
GalvanickΘ Φlßnky pat°φ mezi primßrnφ Φlßnky - m∙₧eme z nich elektrick² proud odebφrat, ani₧ jsme jim ho p°edtφm "dodali". JednotlivΘ druhy jsou zalo₧eny na r∙zn²ch elektrochemick²ch systΘmech. V²konn∞jÜφ, ale takΘ dra₧Üφ ne₧ LΘclanchΘovy Φlßnky jsou alkalickΘ a rtu¥ovΘ Φlßnky. GalvanickΘ Φlßnky mohou mφt vßlcovΘ, plochΘ i hranatΘ tvary. Pou₧itφ galvanick²ch Φlßnk∙ je velice ÜirokΘ, nap°φklad v kapesnφch svφtilnßch (monoΦlßnky, tu₧kovΘ a plochΘ baterie), rozhlasov²ch p°φstrojφch, elektrick²ch zvoncφch, p°enosn²ch vysφlaΦφch a p°ijφmaΦφch, drobn²ch p°φstrojφch (elektrickΘ hraΦky, holicφ strojky, magnetofony, vrtaΦky, elektrickΘ hodiny) atd.

PalivovΘ Φlßnky

DalÜφm druhem primßrnφch Φlßnk∙ jsou perspektivnφ palivovΘ Φlßnky. Oxidacφ ("spalovßnφm") chemick²ch lßtek se u nich chemickß energie m∞nφ na energii elektrickou. Obdobn∞ jako u galvanick²ch Φlßnk∙ tedy i zde probφhajφ chemickΘ reakce, ale rozdφl je v tom, ₧e se k jednΘ elektrod∞ p°ivßdφ palivo (nap°. vodφk) a ke druhΘ okysliΦovadlo (nap°. kyslφk). B∞hem provozu lze u palivov²ch Φlßnk∙ palivo dopl≥ovat, tak₧e mohou pracovat trvale. Klasick² palivov² Φlßnek je kyslφko-vodφkov² Φlßnek, kter² mß dv∞ p≤rovitΘ platinovΘ elektrody, mezi nimi₧ je elektrolyt. Nap∞tφ Φlßnku je asi 1,1 a₧ 1,23 V. PalivovΘ Φlßnky se pou₧φvajφ v elektromobilech.
U primßrnφch Φlßnk∙ po dozn∞nφ chemickΘho pochodu jsou aktivnφ hmoty znehodnoceny.

	Proslul² Volt∙v sloup. Sloupec st°φbrn²ch a zinkov²ch kotouΦ∙ prolo₧en²ch vlhkou plstφ.

Akumulßtory

Mß-li molekula nov∞ vzniklΘ slouΦeniny v∞tÜφ energii ne₧ jejφ slo₧ky, musφ se - aby chemickß reakce prob∞hla - do systΘmu nejprve energie dodat. Vznikne chemicky nestabilnφ slouΦenina, je₧ se za urΦit²ch podmφnek rozpadß a uvol≥uje svou energii. Tφmto zp∙sobem se m∙₧e energie urΦitou dobu "skladovat" - akumulovat. Tento jev se vyu₧φvß v akumulßtorech.
U akumulßtor∙ rozpadem ·ΦinnΘ chemickΘ lßtky vznikß nap∞tφ. Tato chemickß lßtka se vytvß°φ na elektrodßch p°i nabφjenφ akumulßtor∙. NejΦast∞ji se pou₧φvajφ olov∞nΘ, niklkadmiovΘ a oceloniklovΘ akumulßtory.
Olov∞nΘ akumulßtory majφ ob∞ elektrody z olova. Kladnou elektrodu u nabitΘho akumulßtoru pokr²vß vrstva kysliΦnφku oloviΦitΘho. Nßdoba olov∞nΘho akumulßtoru b²vß z tvrzenΘ pry₧e, plastu nebo ze skla. Elektrolytem je kyselina sφrovß, kterß se °edφ destilovanou vodou. KladnΘ elektrody majφ tvar m°φ₧φ a jsou vypln∞ny pastou nebo jsou ₧ebrovanΘ. Nejmodern∞jÜφ akumulßtory pou₧φvajφ jako kladnΘ elektrody trubkovΘ desky, kterΘ majφ a₧ p∞tkrßt vyÜÜφ ₧ivotnost.
Okolo kladn²ch elektrod jsou umφst∞ny elektrody zßpornΘ, kter²ch je tedy o jednu vφce ne₧ elektrod kladn²ch. KladnΘ a zßpornΘ elektrody jsou od sebe odd∞leny izolaΦnφmi vlo₧kami.
Nap∞tφ jednoho olov∞nΘho akumulaΦnφho Φlßnku b²vß 1,85 a₧ 2,1 V. Jestli₧e nap∞tφ Φlßnku klesne pod hodnotu 1,85 V, zaΦφnß nevratn² pochod vytvß°enφ nerozpustnΘho sφranu olovnatΘho, kter² akumulßtor znehodnotφ. Aby se tomu zabrßnilo, je pot°eba p°i poklesu nap∞tφ na hodnotu 1,85 V akumulßtor ihned nabφt. Olov∞nΘ akumulßtory vydr₧φ asi 300 nabφjecφch cykl∙. Pou₧φvajφ se v motorov²ch vozidlech, najdete je prakticky v ka₧dΘm automobilu.
AlkalickΘ akumulßtory pou₧φvajφ jako elektrolyt hydroxid draseln² s p°φsadou, z°ed∞n² destilovanou vodou.
OceloniklovΘ i niklkadmiovΘ akumulßtory jsou alkalickΘ akumulßtory. V porovnßnφ s olov∞n²mi akumulßtory jsou asi Φty°ikrßt dra₧Üφ. Jejich elektrolyt mrzne a₧ p°i -60░C a po rozmrazenφ je akumulßtor op∞t schopen Φinnosti. Majφ ni₧Üφ nap∞tφ (1,1 a₧ 1,8 V), delÜφ ₧ivotnost a vy₧adujφ menÜφ nßroky na ·dr₧bu. Pou₧φvajφ se nap°. v akumulßtorov²ch vozφcφch.
P°i nabφjenφ akumulßtor∙ (vÜech typ∙) je v₧dy nutnΘ otev°φt jejich zßtky, aby se vznikajφcφ vodφk, kter² se vzduchem tvo°φ t°askavou sm∞s, dostal ven.
Specißlnφ st°φbrozinkovΘ akumulßtory dob°e snßÜejφ zkraty a mechanickΘ ot°esy a jsou mimo°ßdn∞ lehkΘ. Jsou ovÜem drahΘ, a proto se pou₧φvajφ jen v letectvφ, u zßvodnφch automobil∙, ve sd∞lovacφ technice a v dalÜφch specißlnφch p°φpadech. St°φbrokadmiovΘ akumulßtory majφ obdobnΘ provedenφ jako akumulßtory st°φbrozinkovΘ, ale vyznaΦujφ se navφc dlouhou ₧ivotnostφ.
Akumulßtory se pou₧φvajφ jako startovacφ baterie motorov²ch vozidel, u akumulßtorov²ch nßkladnφch vozφk∙, elektromobil∙, v telefonnφch ·st°ednßch, v elektrickΘ trakci, pro nouzovß osv∞tlenφ, pro p°enosnΘ svφtilny i ke stßlΘmu osv∞tlovßnφ atd. Dajφ se vyrßb∞t i v mal²ch rozm∞rech a vzduchot∞sn∞ uzav°enΘ. Jejich tvary mohou b²t vßlcovΘ, plochΘ i hranatΘ. Majφ dlouhou ₧ivotnost a pou₧φvajφ se i do p°enosn²ch za°φzenφ (hraΦky, radiop°ijφmaΦe, fotografickΘ blesky ap.).
AkumulßtorovΘ Φlßnky jsou Φlßnky sekundßrnφ. P°i nabφjenφ proudem z jinΘho zdroje se aktivujφ ΦinnΘ hmoty Φlßnku tak, ₧e lze pozd∞ji chemicky vyvolat jejich vybφjenφ, p°i kterΘm se zφskßvß elektrickß energie. Jde o vratn², opakovateln² elektrochemick² pochod.