galvanisk element

Galvanisk element. Voltas element består av en kobberplate og en sinkplate i fortynnet svovelsyre. Positivt ladede sinkioner frigjøres fra sinkplaten slik at det blir overskudd av elektroner. Sinkplaten blir negativt ladet. Hydrogenioner vil trekke til seg elektroner fra kobberet og utskilles som hydrogengass. Kobberplaten blir positivt ladet.

Av /Store norske leksikon ※.

Galvanisk element er en type batteri der kjemisk energi omsettes til elektrisitet. Det består av to elektroder som er senket ned i en elektrolytt. Den positivt ladde elektroden kalles anode, og den negativt ladde kalles katode. Elektrodene er forbundet med en leder som det kan gå strøm gjennom.

Faktaboks

Uttale
galvˈanisk elemˈent

Kjemisk energi omdannes til elektrisk energi ved at elektrolytten virker på den ene eller begge elektrodene, og løser opp eller omdanner disse kjemisk på en annen måte.

Det galvaniske elementet ble oppfunnet i 1800 av italieneren Alessandro Volta. Han innførte betegnelsen galvanisme eller galvanisk strøm på strømmen fra slike elementer, til ære for sin avdøde landsmann Luigi Galvani.

I engelsktalende land kalles slike elementer for voltaceller.

Oppbygning og virkemåte

Voltas element besto av en kobberplate og en sinkplate i fortynnet svovelsyre. Når sinkplaten kommer i berøring med elektrolytten, frigjøres positivt ladde sinkioner, og sinkplaten får da et overskudd av elektroner og blir negativt ladd. Når kobberplaten kommer i kontakt med elektrolytten, vil hydrogenioner i svovelsyren trekke til seg elektroner fra kobberet, nøytraliseres og utskilles som hydrogengass. Dermed blir kobberplaten positivt ladd.

Potensial er i elektrisitetslæren lik stillingsenergi per ladningsenhet. Det er høyt potensial der det er positiv ladning og lavt potensial der det er negativ ladning. Den positivt ladde sinkelektroden har høyere potensial enn den negativt ladde kobberelektroden. De kjemiske prosessene forårsaker altså en potensialforskjell mellom elektrodene.

Spenning defineres som potensialforskjell. Det er følgelig en spenning mellom elektrodene, og den kalles polspenningen. Det er dette som gjør at det galvaniske elementet virker som et batteri.

Forbindes de to platene utvendig med en elektrisk leder, vil det gå en strøm fra den positive til den negative polen, det vil si at det går elektroner den motsatte veien. Elektronene fjernes fra sinkplaten, og sinkioner kan på ny avgis til elektrolytten. På tilsvarende måte blir kobberplaten tilført elektroner, og nye hydrogenioner kan nøytraliseres.

Når prosessen har vart en tid, vil hydrogengassen som frigjøres, legge seg som et belegg omkring kobberplaten og hindre nye hydrogenioner i å slippe frem. Man sier at platen polariseres. Dette reduserer batteriets spenning.

Fysiske størrelser

Spenningen som elektrodene innstiller seg på i forhold til hverandre er bestemt ved elektrodematerialet, men den påvirkes i noen grad av andre forhold, som temperatur, renhetsgrad, elektrolytt og depolarisator.

For hvert metall kan det angis et elektrokjemisk potensial eller standard elektrodepotensial. Polspenningen over et element er lik forskjellen i elektrokjemisk potensial mellom de to elektrodene. Stoffer med høyt elektrokjemisk potensial avgir lett ioner i en elektrolytt og egner seg derfor som negativ pol, mens den positive polen må ha et lavt elektrokjemisk potensial.

Typer

I et galvanisk element for praktisk bruk må man hindre polarisasjon, slik at man kan trekke strøm ut av elementet i lengre tid. I Daniells element, som på 1800-tallet ble mye brukt i telefon- og telegrafbatterier, er dette oppnådd ved at cellen deles i to med en porøs skillevegg. Rommet omkring sinkelektroden fylles med svovelsyre, og rommet omkring kobberelektroden fylles med kobbersulfatløsning. Den porøse skilleveggen hindrer de to elektrolyttene i å blande seg, men er elektrisk ledende. Ved den negative polen frigjøres sinkioner på vanlig måte, men ved den positive polen vil kobber slå seg ned på elektroden, og man unngår polarisasjon.

Tørrelementet besto i sin opprinnelige form av en sinkelektrode og en kullelektrode i ammoniumkloridløsning. Det kalles også Leclanchés element, og er det elementet som hittil har hatt størst praktisk betydning. Se også artikkelen om batteri.

Andre galvaniske batterier som har funnet praktisk anvendelse er Clarks element og Westons element. De brukes begge som normalelementer, det vil si som kalibreringsgrunnlag ved spenningsmålinger, fordi polspenningen har en bestemt verdi når elementet ikke belastes.

Egenskaper

Galvaniske elementer av den typen som hittil er nevnt, er karakterisert ved at elektrodematerialet forbrukes, og at det ikke, eller bare i liten grad, lar seg gjenvinne om man sender strøm gjennom elementet fra den positive til den negative polen, altså i motsatt retning av den strømmen elementet vanligvis gir. Slike galvaniske elementer kalles primære.

I motsetning til dette finnes sekundære galvaniske elementer. Her kan man, ved å reversere strømmen, få den kjemiske reaksjonen til å løpe motsatt vei, og dermed omdanne elektrisk energi til kjemisk. Man har da et ladbart batteri.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer (4)

skrev Benedicte S. Rossebø

Stemmer det som står under "oppbygning, virkemåte" 2 avsitt " (...)Forbindes de to platene utvendig med en elektrisk leder, vil det gå en strøm fra den positive til den negative pol, dvs. det går elektroner den motsatte vei. Derved fjernes elektronene fra sinkplaten og sinkioner kan på ny avgis til elektrolytten. På tilsvarende måte blir kobberplaten tilført elektroner, og nye hydrogenioner kan nøytraliseres. (...) at det vil gå en strøm fra den positive til den negative pol hvis de forbindes med en elektrisk leder?

skrev Øyvind Grøn

Hei Benedicte! Såvidt jeg kan se er det som står korrekt. Men det hadde vært interessant å vite bakgrunnen for at du spør. Vennlig hilsen Øyvind

skrev Caroline Merkesdal

Jeg har lest om det galvaniske elementet mellom sink og kobber, hvor vi har en sinkelektrode dyppet i sinksulfatløsning, og en kobberelektrode dyppet i kobbersulfatløsning. Vi har en elektrolytt (saltbro) mellom løsningene. Elektrodene forbinnes med en ledning.

Sink blir oksidert, og er den negative polen. Kobber blir redusert, og er den positive polen.

I følge denne artikkelen er det da sink som har høyest elektrokjemisk potensial, mens kobber har lavt potensial. Men dersom vi ser på spenningsrekken har sink lavere reduksjonspotensial enn kobber. Er det evt. oksidasjonspotensial som er beskrevet i artikkelen, eller har jeg misforstått noe?

Er de følgende utdragene fra denne artikkelen korrekt?

1. (…) Det er høyt potensial der det er positiv ladning og lavt potensial der det er negativ ladning. (…)

2. (…) Stoffer med høyt elektrokjemisk potensial avgir lett ioner i en elektrolytt og egner seg derfor som negativ pol, mens den positive polen må ha et lavt elektrokjemisk potensial. (…)

Jeg får det ikke til å stemme med de følgende artiklene.

SNL: Standard elektrodepotensial
Standard elektrodepotensial, upresis betegnelse for standard reduksjonspotensial, kvantitativt mål for et atom, molekyl eller ions evne til å bli redusert. (…)

(…) I en galvanisk Zn/Cu-celle (…) Den halvreaksjonen som har det mest positive reduksjonspotensialet, skjer som reduksjon, i eksempelet er reduksjonspotensialet størst for Cu2+/Cu. (…)

E_Zn^0= -0,76V
E_Cu^0= 0,34V

SNL: Spenningsrekken
(…) Edle metaller har de høyeste verdiene for standard elektrodepotensial. (…)

SNL: Edelmetaller
(…) Standard elektrodepotensial er et mål for metallenes edelhet. Jo høyere dette potensialet er, jo edlere er metallet. Gull er det edleste av alle metaller.

svarte Kjell-Olav Hovde

Hei og takk for godt spørsmål Caroline. Fagansvarlig Øyvind Grøn har videresendt spørsmålet til Truls Norby ved Universitetet i Oslo. Nedenfor er svaret til Truls. Hilsen Kjell-Olav i redaksjonen.

Jeg vil si at artikkelen er riktig, men det ar alltid vanskelig å gi gode nok forklaringer i elektrokjemi.

Her er problemet nok at elektrokjemisk potensial ikke er et elektrisk potensial. Det første er et uttrykk for energi og kan bare være stort eller lite, men ikke negativt. Stort elektrokjemisk potensial betyr ganske enkelt ustabilt. Sink er mer ustabilt enn kobber, mhp alternativet, nemlig ioner og elektroner av metallene. Og siden Zn er mest ustabilt vil det i størst grad forsøke å bli til ioner og elektroner. Derfor blir den negativt ladet.

Å ha høyt elektrokjemisk potensial kan også gi omvendt effekt. F2 gass har høt elektrokjemisk potensial, er veldig ustabil, men mhp å OPPTA elektroner og bli til F- ioner.

Hovedproblemet her er altså at begrepet elektrokjemisk potensial neppe er godt nok forstått eller forklart.

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg