ViewWiki

שיעור 3 מתוך 4

תאים גלווניים.

כ־30 דקות · 5 שאלות תרגול

איך תגובת חמצון־חיזור מפיקה חשמל: אנודה וקתודה, מתח מפוטנציאלים תקניים, למה הקטבים מתהפכים, כמה מתח הולך בתוך התא, ומה עושה גשר המלח.

שלב 1 מתוך 5 · המתח של תא

שלב 1 מתוך 5

המתח של תא

כשאבץ טובל בתמיסה של יוני נחושת, האלקטרונים עוברים ישר מהאבץ ליונים, והאנרגיה הופכת לחום. תא גלווני מפריד בין שני חצאי התגובה, כך שהאלקטרונים חייבים לעבור דרך תיל, ואז אפשר להשתמש בהם. האלקטרודה שבה קורה חמצון היא האנודה, הקוטב השלילי; זו שבה קורה חיזור היא הקתודה, הקוטב החיובי.

כמה חזק כל חצי־תא „מושך” אלקטרונים מודדים בפוטנציאל חיזור תקני, E°E^\circ⁠, ביחס לאלקטרודת מימן, בתמיסות של 1 mol/L וב־25 °C. המתח של התא כשלא זורם בו זרם, הכוח האלקטרו־מניע (כא“מ, ε\varepsilon⁠), הוא ההפרש:

Ecell∘=Ecathode∘−Eanode∘E^\circ_{\mathrm{cell}} = E^\circ_{\mathrm{cathode}} - E^\circ_{\mathrm{anode}}⁠

לשאלה

שלב 2 מתוך 5

לבחור מתכות

מתכת E°E^\circ⁠
מגנזיום −2.37 V
אבץ −0.76 V
ברזל −0.44 V
עופרת −0.13 V
נחושת +0.34 V
כסף +0.80 V

המתכת בחצי־התא הימני תמיד נחושת. התנגדות העומס קבועה על 500 Ω, כמעט מעגל פתוח, והמתכת השמאלית פתוחה.

לשאלה

שלב 3 מתוך 5

הקטבים מתהפכים

איזו אלקטרודה היא האנודה לא קבוע מראש: זו תמיד המתכת עם הפוטנציאל הנמוך מבין השתיים. הצגת יונים ואלקטרונים עומדת על פועל, והמתכת השמאלית קבועה עכשיו על אבץ.

לשאלה

שלב 4 מתוך 5

מתח תחת עומס

כמו כל מקור מתח, לתא יש התנגדות פנימית: היונים צריכים לעבור בתמיסות ובגשר המלח, וזה עולה מתח. בתא שבסצנה ההתנגדות הפנימית 10 Ω. כשזורם זרם II⁠, המתח בהדקים קטן מהכא“מ: V=ε−IrV = \varepsilon - Ir⁠. עכשיו התנגדות העומס 20 Ω.

לשאלה

שלב 5 מתוך 5

גשר המלח

בכוס האבץ נוצרים כל הזמן יונים חיוביים, ובכוס הנחושת יונים חיוביים נעלמים. גשר המלח, צינור עם תמיסת מלח, סוגר את המעגל בתוך התא. הצגת יונים ואלקטרונים עומדת על פועל: הסתכלו מה נע בתוכו.

לשאלה

תמונה של הסצנה התלת־ממדית „אלקטרוכימיה”
סצנה אינטראקטיבית

הגרסה האינטראקטיבית נטענת…

כל שלב מכין לכם את הסצנה, ובקר שמסומן „קבוע” נשאר במקומו בשלב הזה.

לניסוי

תרגול · חשבו

פוטנציאלי החיזור התקניים: E°(Cu2+/Cu)=+0.34 VE^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = +0.34\ \mathrm{V}⁠ ו־E°(Zn2+/Zn)=−0.76 VE^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0.76\ \mathrm{V}⁠. מה המתח של תא אבץ־נחושת כשלא זורם בו זרם?

לניסוי

תרגול · הגיעו למטרה

בחרו בהמתכת השמאלית את המתכת שנותנת לתא את המתח הגבוה ביותר, ולחצו על בדיקה.

לניסוי

תרגול · נבאו, ואז הסתכלו

בתא אבץ־נחושת האבץ מתמוסס. איזו רצועה תתמוסס כשתחליפו את המתכת השמאלית בכסף?

לניסוי

תרגול · חשבו

לתא אבץ־נחושת, 1.10 V, יש התנגדות פנימית של 10 Ω. התנגדות העומס 20 Ω. מה מראה המד על העומס?

לניסוי

תרגול · בחרו

מה תפקידו של גשר המלח בין שתי הכוסות?