Номер 10, страница 131 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

*10. Как устроен и работает любой гальванический элемент?

*10. Гальванический элемент — это автономный химический источник электрического тока, в котором энергия, выделяющаяся при протекании спонтанной окислительно-восстановительной реакции, преобразуется в электрическую энергию.

Устройство. Классический гальванический элемент состоит из двух электродов, каждый из которых представляет собой проводник (чаще всего металл), погруженный в раствор электролита. Электрод, на котором происходит окисление, называется анодом и является отрицательным полюсом источника тока. Электрод, на котором происходит восстановление, называется катодом и является положительным полюсом. Два электрода с их электролитами (такая система называется полуэлементом) могут находиться в общем сосуде или в разных, соединенных так называемым солевым мостиком. Солевой мостик — это обычно U-образная трубка, заполненная гелем с раствором соли (например, $KNO_3$ или $KCl$), которая обеспечивает ионную связь между полуэлементами, замыкая внутреннюю цепь, и предотвращает механическое смешивание растворов.

Принцип работы. В основе работы лежит самопроизвольная окислительно-восстановительная реакция, пространственно разделенная на два процесса.

1. На аноде (–) происходит окисление: атомы более активного металла отдают электроны и переходят в раствор в виде положительных ионов (катионов). Например, для цинкового анода в элементе Даниэля-Якоби: $Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$. В результате на аноде накапливается избыточный отрицательный заряд (избыток электронов).

2. На катоде (+) происходит восстановление: катионы из раствора электролита (например, ионы менее активного металла) принимают электроны с поверхности катода, превращаясь в нейтральные атомы. Например, для медного катода: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$. Из-за этого на катоде возникает недостаток электронов, и он заряжается положительно.

Когда анод и катод соединяются проводником во внешней цепи, электроны начинают упорядоченно двигаться от анода к катоду под действием разности потенциалов, создавая электрический ток. Для поддержания электронейтральности растворов и непрерывности процесса во внутренней цепи (через электролит и солевой мостик) происходит направленное движение ионов: анионы (отрицательные ионы) движутся к аноду, а катионы (положительные ионы) — к катоду. Возникающая между электродами разность потенциалов называется электродвижущей силой (ЭДС).

Ответ: Любой гальванический элемент устроен из двух электродов (анода и катода), помещенных в электролит. Его работа основана на преобразовании химической энергии самопроизвольной окислительно-восстановительной реакции в электрическую. На аноде (отрицательном электроде) происходит окисление, сопровождающееся высвобождением электронов. На катоде (положительном электроде) происходит восстановление, при котором электроны потребляются. При замыкании внешней цепи проводником электроны движутся от анода к катоду, создавая электрический ток. Во внутренней цепи (в электролите) движение ионов замыкает цепь и поддерживает электронейтральность растворов.