Ogniwo Volty
Ogniwo Volty
W roku 1800 włoski fizyk Alessandro Volta (1745?1827) skonstruował pierwsze nowożytne ogniwo galwaniczne. Był to układ dwóch metalowych płytek (miedzianej i cynkowej), zanurzonych w roztworze kwasu siarkowego(VI) H2SO4.
Zbudujmy model ogniwa Volty. Do eksperymentu potrzebne będą: blaszka cynkowa i miedziana (lub drut miedziany), przymocowane do kawałka deseczki, zlewka wypełniona rozcieńczonym, ok. 5% roztworem kwasu siarkowego(VI) H2SO4 oraz miernik uniwersalny (fotografia 1).
Metalowe elektrody zanurzamy w naczyniu z kwasem (fotografia 2) i łączymy je z zaciskami woltomierza. Napięcie wynosi około 1V (fotografia 3). Ogniwo Volty zapisujemy za pomocą poniższego schematu:
(-) Zn | 5% H2SO4 | Cu (+)
Na elektrodach ogniwa przebiegają następujące reakcje:
(-) Anoda: Zn0 ? Zn2+ + 2e-
(+) Katoda: 2H+ + 2e- ? H2
Ogniwo Volty i zbudowane na jego podstawie baterie umożliwiły dokonanie wielu przełomowych odkryć w chemii i fizyce pierwszej połowy XIX wieku. Przykładem jest działalność sir Hupmphry Davy?ego, który za pomocą elektrolizy otrzymał kilka pierwiastków (m.in. sód i potas).
?Wieniec kubeczków? Volty
W celu zwiększenia napięcia układu pojedyncze ogniwa łączy się szeregowo w baterie (?plus? z ?minusem?). W ten właśnie sposób Alessandro Volta skonstruował swój ?wieniec kubeczków?. Dla ułatwienia użycia baterii naczynia wypełnione elektrolitem ustawiano w okrąg (?wieniec?) tak, aby końcowe elektrody znalazły się w pobliżu siebie.
W kolejnym doświadczeniu skonstruujemy baterię ogniw Volty. W tym celu gromadzimy odpowiednią liczbę miedzianych i cynkowych elektrod, a następnie łączymy je ze sobą (cynk z miedzią).
Do końcowych elektrod mocujemy diodę elektroluminescencyjną (LED), a całą konstrukcję umieszczamy w zlewkach (fotografia 4). Po nalaniu do naczyń ok. 5% roztworu kwasu siarkowego(VI) H2SO4 (fotografia 5) obwód zostaje zamknięty i dioda zaczyna świecić (fotografia 6). Schemat skonstruowanego układu jest następujący (dla baterii złożonej z czterech ogniw):
(-) Zn | 5% H2SO4 | Cu | Zn | 5% H2SO4 | Cu | Zn | 5% H2SO4 | Cu | Zn | 5% H2SO4 | Cu | (+)
Mimo swoich niezaprzeczalnych zasług dla rozwoju chemii i fizyki zarówno ogniwo Volty, jak i ?wieniec kubeczków? miały istotną wadę. Do pracy wymagały ciekłego elektrolitu ? przeważnie żrącego roztworu kwasu siarkowego(VI) H2SO4. Ponadto pozostawienie elektrod w niepracującym ogniwie powodowało zniszczenie układu (cynk roztwarza się w kwasie). Z tego powodu XIX-wieczni chemicy i fizycy podjęli intensywne prace nad wynalezieniem bardziej użytecznych rodzajów baterii.
Z rozmaitymi konstrukcjami ogniw galwanicznych możemy się zapoznać, przeszukując zasoby Internetu ? słowa kluczowe dla wyszukiwarek to: ?voltaic cell?, ?galvanic cell? oraz ?voltaic pill? (oczywiście oprócz odpowiednich polski wyrażeń).
