Ogniwo galwaniczne – układ składający się z 2 przewodników prądu zanurzonych w roztworze elektrolitu będącym źródłem prądu na skutek zachodzących w nim reakcji chemicznych typu redoks. Ogniwa galwaniczne popularnie nazywa się bateriami.
Pierwsze ogniwo galwaniczne zostało skonstruowane przez włoskiego fizyka Alessandro Volta. Nazwa Galwaniczne została wprowadzona na cześć lekarze Galwaniego – opisał on po raz pierwszy zjawisko kurczenia się mięśnia udka żabiego w wyniku dotknięcia go dwoma różnymi metalami połączonymi ze sobą .
Ogniwo składa się z 2 półogniw. Półogniwo – przewodnik prądu zanurzony do roztworu elektrolitu.
Ogniwo Daniela – układ 2 metali zanurzonych do roztworu własnych kationów. Jest ogniwem odwracalnym, tzn. jeśli zostanie przerwany obwód to w ogniwie wszystko wraca do punktu wyjścia.
W ogniwach na anodzie zawsze zachodzi utlenianie na katodzie redukcja. Elektrony w ogniwie płyną zawsze od anody do katody, przepływ prądu jest odwrotny.
Klucz elektrolityczny – szklana rurka wygięta w kształt litery U. Wypełniona żelowatą substancją (agarem) nasączona mocnym elektrolitem (KCl, KNO3)
Potencjał bezwzględny – potencjał który pojawia się na granicy faz elektroda – roztwór. To różnica potencjałów jaka pojawia się na granicy faz elektroda roztwór.
Potencjał względny półogniwa – potencjał danego półogniwa wyrażony względem półogniwa wzorcowego . Półogniwem wzorcowym jest standardowe półogniwo wodorowe (SPW). Jest to drucik platynowy pokryty sproszkowaną platyną tzw. Czernią platynową, opłukiwany strumieniem gazowego wodoru i zanurzony do roztworu kationów wodorowych (1 protonowego mocnego kwasu – najczęściej HCl). Pt| H2|H+ H2 – 2e –> 2H+ Warunki w SPW – ciśnienie 1013 hPa = 1 atmosfera, stęż H+ = 1mpl/dm3 , t = 250– temperatur pokojowa
Potencjał SPW = 0
Szereg napięciowy metali – półogniwa metalowe ułożone od najniższego do najwyższego potencjału.
SEM (siła elektromotoryczna ogniwa) – różnica potencjałów katody i anody SEM = EK – EA
Podział półogniw :
Ze względu na typ reakcji elektrodowej:
– metalowe – M|Mn+ M – ne –> Mn+
– redoks – w nich materiał elektrody nie bierze udziału w reakcji elektrodowej. Składają się z metalu szlachetnego (platyny – nie daje własnej reakcji elektrodowej) zanurzonego do roztworu zawierającego 2 rodzaje drobin tego samego pierwiastka na różnych stopniach utlenienia.
Pt| Fe2+|Fe3+ Fe2+ – e –> Fe3+
Ze względu na budowę :
– Pierwszego rodzaju – takie gdzie jest tylko jedna granica faz. Zalicza się tu ogniwa metalowe.
– Drugiego rodzaju – są 2 granice faz np. półogniwo chloro – srebrowe. Płytka srebrna pokryta trudno rozpuszczalną solą AgCl zanurzona do roztworu elektrolitu zawierającego anion identyczny jak w soli trudno rozpuszczalnej. Ag|AgCl|Cl– AgCl + e –> Ag + Cl–
– Półogniwo kalomelowe (II rodzaju) – składa się z Hg pokrytej Hg2Cl2 zanurzonej do roztworu zawierającego aniony chlorkowe. Hg, Hg2Cl2 | Cl– Hg2Cl2 + 2e –> 2 Hg + 2 Cl–
– półogniwa gazowe – metal szlachetny (najczęściej platyna) pokryta czernią platynową, opłukiwana strumieniem gazu zanurzona do roztworu elektrolitu zawierająca jon wspólny z gazem. Pt| H2|H+ H2 – 2e à 2H+ Pt|Cl2|Cl– Cl2 + 2 e –> 2Cl
Ogniwo stężeniowe – zbudowane jest z 2 takich samych metali zanurzonych do roztworów własnych jonów przy czym stężenia jonów potencjałotwórczych są różne. Jeśli połączy się elektrody przewodnikiem, a roztwory kluczem elektrolitycznym wytworzy się różnica potencjałów i wydzieli się prąd.
