Elektolizer, czy ogniwo?*

Jaka jest różnica pomiędzy ogniwem galwanicznym a elektrolizerem? Na to pytanie pomogą nam odpowiedzieć dwa proste doświadczenia opisane poniżej. Zasadnicze różnice można opisać następująco:
 

Ogniwo galwaniczne
Elektrolizer
Reakcje przebiegają samorzutnie. Reakcje są wymuszane przyłożonym z zewnątrz napięciem.
Przebiegające w ogniwie reakcje powodują przepływ elektronów w obwodzie zewnętrznym. Przyłożone z zewnątrz napięcie wywołuje ruch elektronów w przeciwną stronę jak w ogniwie.
Procesy polegają na przekazaniu energii z ogniwa do otoczenia, czyli do obwodu zewnętrznego (procesy egzoenergetyczne). Zewnętrzne źródło prądu przekazuje energię reagentom elektrolizera (procesy endoenergetyczne).

 

Zestaw doświadczalny pracujący jako elektrolizer 

Elektroliza wodnego roztworu bromku cynku

Sprzęt i odczynniki: 
Wysoka zlewka (250 cm3), tektura, dwie elektrody grafitowe z przewodami elektrycznymi, żródło prądu stałego 4.5V. Bromek cynku - roztwór o stężeniu 0.3 M.

Wykonanie: 
Zlewkę dzielimy odpowiednio przyciętym kawałkiem tektury sięgającej do jej dna na dwie części, tworząc w ten sposób półprzepuszczalną przegrodę. Wlewamy elektrolit (roztwór ZnBr2) i w każdej z przegród zanurzamy elektrodę grafitową. Końce elektrod łączymy ze źródłem prądu stałego (4.5V).

Wyjaśnienie:

W wyniku procesu elektrolizy wodnego roztworu bromku cynku wokół elektrody dodatniej (anody) roztwór zabarwia się na żółto (od Br2), zaś na elektrodzie ujemnej (katodzie) osadza się metaliczny cynk. 

Wydzielanie się Br2 i Zn na elektrodach jest wynikiem reakcji chemicznych zachodzących pod wpływem energii dostarczanej z zewnątrz do układu. Jest to proces endoenergetyczny.


 

 
 

Zestaw doświadczalny pracujący jako ogniwo

Cynk i brom jako ogniwo galwaniczne

Sprzęt i odczynniki: 
Naczynie elektrolityczne z zawartością z poprzedniego doświadczenia, 
silniczek elektryczny na prąd stały (wiatraczek, 1.5V), woltomierz, żarówka (maksymalnie 0.02A, 2.1V).

Wykonanie: 
Po przeprowadzeniu elektrolizy według opisu przedstawionego powyżej , na elektrodach zanurzonych w roztworze powinny być wydzielone zauważalne ilości produktów. Do elektrod podłączamy następnie woltomierz. Elektrodę pokrytą cynkiem łączymy z ujemnym znakiem woltomierza, a elektrodę na której wydzielał się brom ze znakiem dodatnim. Zamiast woltomierza możemy włączyć do obwodu silniczek lub żarówkę.

Wyjaśnienie:

Procesy chemiczne zachodzące na elektrodach przebiegają teraz odwrotnie do tych, jakie zachodziły podczas elektrolizy. Uzyskana energia elektryczna (proces egzoenergetyczny) jest wynikiem utleniania metalicznego cynku, wydzielanego podczas elektrolizy ZnBr2 i redukcji bromu.

*Na podstawie (Piosik i Karawajczyk 2000)



stankor@uwm.edu.pl