Článek, poločlánek, standardní redukční potenciály

elektrická dvojvrstva
- vzniká na v roztocích soli kovu, ve kterých je ponořen plech daného kovu
- z plechu se uvolňují nebo se do něj dostávají kationty kovu
  - způsobí záporný nebo kladný náboj plechu
- plech má opačný náboj než roztok okolo něj
soustavě, která obsahuje elektrickou dvojvrstvu se říká poločlánek

Článek

vzniká vodivým propojením dvou poločlánků
článek tedy tvoří dvě navzájem propojené soustavy
- 1. soustava je tvořena kovem, který je schopen z plechu do roztoku odevzdávat své kationty
  - plech je poté záporně nabitý, okolí je kladně nabité
- 1. soustava je tvořena kovem, který je schopen do plechu z roztoku příjmat své kationty
  - plech je poté kladně nabitý, okolí je záporně nabité
tyto dvě soustavy jsou vodivě propojeny solným můstkem
- je to skleněná trubice naplněná elektrolytem, který neraguje s žádným z roztoků
- slouží k přenosu náboje
- trubice je z obou stran ponořená do elektrolytu
potenciální rozdíl jednotlivých kovů lze určit po připojení voltmetrů
obecné hodnoty těchto rozdílů získáme při spojení jednoho vždy stejného poločlánku a druhého různého poločlánku (jehož potenciál se snažíme zjistit)
- za srovnávací poločlánek byla zvolena vodíková elektroda
  - jedná se o skleněnou trubičku s platinovým plíškem na konci a přívodem vodíkového plynu na druhém
    - platinový plíšek je na povrchu pokryt platinovou černí (velmi jemná platina s velkým povrchem), na kterou se atomy vodíku dobře adsorbují
    - plíšek je připojen kovovým vodičem do obvodu
  - vodíkový poločlánek je poté vytvořen ponořením této konstrukce do roztoku $H C l$ o teplotě 298,15 K a 101,325 kPa
- dohodou bylo ustanoveno, že potenciál vodíkové elektrody je 0
- měřením za standardních podmínek potom výsledkem budou standardní redukční potenciály
  - po zapsaní těchto potenciálů můžeme jednotlivé kovy seřadit a vzniká Beketova řada kovů
  - pokud je redukční potenciál větší než nula, plech kovu bude kationtu z roztoku příjmat a vice versa
  - obdobně lze zjistit i standardní redukční potenciály pro ostatní prvky

Galvanický článek - primární článek

Daniellův článek

je tvořen poločlánky mědi a zinku v roztocích příslušných síranů spojených solným můstkem
jeho napětí je 1,1 V
dnes se už nepoužívá a slouží jen k objasnění základních poznatků elektrochemie

Leclancheův článek - suchý článek

byl zkonstruován v roce 1866 francouzským inženýrem G. Leclachem
má široké využití, primárně v jednoduché přenosné technice
jeho napětí činí 1,5 V

Popis

kladným pólem je uhlíková tyčinka (katoda)
záporným pólem je zinkový obal (anoda)
elektrolyt tvoří pasta složená z oxidu manganičitého, chloridu amonného a škrobového mazu
anoda a katoda mají opačný náboj než při elektrolýze, mají ovšem stejnou funkci

Funkce

zinek se v kontaktu s elektrolytem oxiduje a vznikají zinečnaté ionty
kladně nabitý iont vstupuje do reakce se dvěma molekulami chloridem amonným za vzniku komplexu (diammin-dichloridozinečnatý komplex) a dvou molekul vody
uvolněné elektrony na anodě se poté dostávají do obvodu při zapnutí spotřebiče a na uhlíkové katodě, která se reakce neúčastní redukují oxid manganičitý na oxid hydroxid manganitý
výsledná reakce může vypadat takto:

$Z n + 2 N H_{4} C l + 2 M n O_{2} ⟶ [Z n (N H_{3})_{2} C l_{2}] + 2 M n O (O H)$

Rtuťový článek

používá se do naslouchátek nebo hodinek
má napětí 1,35 V
má větší životnost než Leclancheův článek

Popis a funkce

anoda je tvořena amalgamovaným lisovaným zinkovým práškem
katoda je tvořena směsí oxidu rtuťnatého a grafitu
jako elektrolyt slouží koncentrovaný roztok hydroxidu draselného
samotný článek je v obalu z nerezové oceli
redoxní děje shrnuje rovnice:

$Z n + H g O ⟶ H g + Z n O$

Akumulátor - sekundární článek

galvanické články se po jisté době znehodnotí a nelze je dál využít
oproti tomu existují články, které lze po zapojení ke zdroji energie opět použít
- proud obrátí děje, které probíhají při vybíjení článku

Olověný akumulátor

je nejpoužívanější

Popis

základem jsou desky z inertního nosiče (elektrody)
- desky jsou upraveny do mřížek aby měli co největší povrch
- jsou potřeny pastou, kterou tvoří síran olovnatý a kyselina sírová
desky jsou odděleny separátorem, který zabraňuje jejich kontaktu
elektrolytem je zředěná kyselina sírová

Funkce

Nabíjení

připojením ke zdroji stejnosměrného proudu
na katodě se vylučuje kovové olovo

$P b^{I I} + 2 e^{-} ⟶ P b^{0}$

na anodě se vylučuje oxid olovičitý

$P b^{I I} - 2 e^{-} ⟶ P b^{I V}$

Vybíjení

nabitou soustavu lze použít jako galvanický článek
napětí jsou 2 V
na katodě probíhá redukce oxidu olovičitého

$P b^{I V} + 2 e^{-} ⟶ P b^{I I}$

na anodě probíhá oxidace olova

$P b^{0} - 2 e^{-} ⟶ P b^{I I}$

děj lze zjednodušit takto:

$2 P b S O_{4} + 2 H_{2} O \overset{n a b í j e n í}{\underset{v y b í j e n í}{⇋}} P b + P b O_{2} + 2 H_{2} S O_{4}$

Nikl-kadmiový akumulátor

v nenabitém stavu jsou jeho póly tvořeny hydroxidem kademnatým a hydroxidem nikelnatým
nosič, na kterém jsou oba póly naneseny je vyroben z nerezové oceli
elektrolytem je hydroxid draselný
napětí článku je 1,4 V
děj lze zjednodušit takto:

$C d (O H)_{2} + 2 N i (O H)_{2} \overset{n a b í j e n í}{\underset{v y b í j e n í}{⇋}} 2 N i O (O H) + C d + 2 H_{2} O$