Опыты с растворами

Цинк окисляется, а ионы меди восстанавливаются. Такого ли процесса следует ожидать, исходя из данных таблицы восстановительно-окислительных потенциалов? А это мы давно установили опытным путем.

Помните, как при погружении гранулы металлического цинка в раствор соли меди она окрашивалась в красный цвет – покрывалась тонким слоем меди. Сейчас осматривать цинковый электрод нет смысла: он по-прежнему серый. Да и как ему покрыться медью, когда она в другом стакане?

– Но тогда о каком окислительно-восстановительном процессе речь? Ведь окислитель и восстановитель не смешиваются, даже не соприкасаются. Могут ли реакции протекать... на расстоянии?

– А почему бы и нет? Для цинка необходимо, чтобы какое-нибудь вещество приняло электроны, от которых он стремится освободиться. Ионы меди, наоборот, нуждаются в таких электронах. Электроны эти движутся по внешней цепи, по проводнику, который соединяет два электрода. Вы скажете: странный способ обмена электронами. Странный, но очень полезный. Движение потока электронов по проводнику – это и есть электрический ток. Таким образом, за счет химического процесса вырабатывается электрическая энергия.

– Но для чего нужен был электролитный мест. Не пора ли вернуться к этому вопросу?

– Пора. Вы убедились, что без такого моста гальванический элемент не работает. Какие изменения происходят вблизи цинковой пластинки, когда с ее поверхности отрываются ионы цинка. Естественно, что концентрация этих ионов в растворе увеличивается. Появляется большое количество положительных ионов, которым нет антиионов в растворе. Слышали ли о таком – раствор, содержащий преимущественно одинаково заряженные ионы? Вероятно, нет. Растворы сами по себе злектронейтральны. Аналогичные изменения наступают и в объеме раствора, в который погружена медная пластинка. Здесь лишними становятся сульфатные анионы, то есть раствор заряжается отрицательно. Электроны перешли от одного электрода к другому и нарушили электронейтральность раствора. Создавшаяся разность потенциалов должна быть устранена. Этому способствует электролитный мост. По нему анионы переходят от медного электрода к цинковому в силу этой самой разности потенциалов. Таким образом, налицо два потока: поток электронов по внешнему проводнику и поток ионов по электролитному мосту.

– И все-таки: для чего нужны эти мосты? Что если оба металла погрузить в общий раствор, содержащий два вида ионов.

– Погрузить разумеется, можно. Только гальванический элемент не будет работать. Цинк с готовностью отдаст свои электроны ионам меди. В противном случае он бы покрылся тонкой корочкой меди и дальнейшее взаимодействие прекратилось бы.

Как мы видим, для того, чтобы электроны могли совершить полезную работу, нужно заставить их двигаться по внешней цепи.


Полезное чтиво:
Условия окисления углерода
Способ концентрации ионов
Сухой гальванический элемент
Аккумуляторы
Электрический ток протекает в растворах электролитов?
Фарадей изучает электролиз