Daniellův článek

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Daniellovy články vynalezené v roce 1836

Daniellův článek je v elektrotechnice typem elektrochemického článku, který vynalezl roku 1836 britský chemik a meteorolog John Frederic Daniell. Pozdější variantu Daniellova článku, která se stala populární v elektrické telegrafii a která se nazývá gravitační článek (crowfootův článek), vynalezl v roce 1860 francouzský vědec Callaud.

Charakteristika[editovat | editovat zdroj]

Článek se skládá z měděného hrnce naplněného roztokem síranu měďnatého, ve kterém je ponořena neglazurovaná hliněná nádoba s kyselinou sírovou a zinkovými elektrodami. Daniell hledal způsob, jak odstranit problém s vodíkovými bublinami v galvanickém článku a jeho řešení bylo použít druhý elektrolyt, který spotřebovává vodík produkovaný prvním. Síran zinečnatý může být nahrazen kyselinou sírovou. Tato technologie byla značným vylepšením oproti dosavadní technologii používané v raných dobách rozvoje baterií.

Daniellův článek je také historický základ pro moderní definici voltu, což je jednotka elektrického napětí v Mezinárodním systému jednotek. Definice elektrické jednotky, které byly navrženy v roce 1881 na mezinárodní konferenci, byly navrženy tak, aby elektromotorické napětí Daniellova článku bylo asi 1,0 volt.[1][2] S moderními definicemi je standardní napětí Daniellova článku při 25 °C ve skutečnosti 1,10 V.[3]

Chemie[editovat | editovat zdroj]

V Daniellově článku, měděné a zinkové elektrody jsou ponořeny navzájem do roztoku síranu měďnatého a síranu zinečnatého. Na anodě se zinek oxiduje podle následující poloviční reakce:

Dva poloviční Daniellovy články pro školní demonstraci
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e . . (Standardní elektrodový potenciál −0.7618 V )

Na katodě, měď podléhá následující redoxní reakci:

Cu2+(aq) + 2e → Cu(s) . . (Standardní elektrodový potenciál +0.340 V )

Celková reakce je:

Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) . . (Napěťový rozdíl elektrod 1.1018 V )

Pro školní demonstrace se díky své jednoduchosti často používá forma Daniellova článku, známá jako dva poločlánky. Na každém poločlánku probíhá polovina výše popsané reakce. Na elektrody je možné připojit drát a žárovku. Elektrony , které jsou "vytaženy" ze zinkové anody, prochází přes drát, což poskytuje elektrický proud, který rozsvítí žárovku. V takovém článku hrají důležitou roli ionty. Anionty se záporným nábojem se shromažďují kolem anody, aby udržely neutrální náboj. Naopak na katodě kationty mědi ztrácí náboj, aby udržely neutrální náboj. Tyto dva procesy doprovází hromadění mědi na katodě a koroze zinkové elektrody do roztoku jako kationty zinku.

Jelikož ani k jedné půl reakci nedojde bez té druhé, je nutné oba poločlánky spojit tak, aby se mezi nimi mohly ionty volně pohybovat. K oddělení obou řešení je možné použít porézní bariéru nebo keramický disk, který zároveň umožňuje proudění síranových iontů. Pokud jsou poločlánky umístěny ve dvou zcela odlišných a oddělených nádobách, je často používán solný most pro spojení obou buněk. Sůl obvykle obsahuje vysokou koncentraci dusičnanu draselného (sůl, která není v rozporu s chemickou reakcí v každém poločlánku). Ve výše uvedeném mokrém článku se při vybíjení anionty dusičnanů ze solného mostu přesouvají do zinkového poločlánku, aby se vyrovnal nárůst v Zn2+ iontů. Ve stejné době se ionty draslíku ze solného mostu přesouvají do měděného poločlánku s cílem nahradit Cu2+ ionty, které ztrácí náboj.

V Daniellově článku nemůže porézní bariéra zabránit toku iontů mědi do zinkového poločlánku. Proto dobíjení (zpětný proud externí zdroj EMF) je nemožné, protože pokud se zinková elektroda stane katodou, ionty mědi, namísto iontů zinku, se vybijí, protože mají nižší potenciál.

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Daniell cell na anglické Wikipedii.

  1. BORVON, Gérard. History of the electrical units [online]. Association S-EAU-S, September 10, 2012. [1]. (anglicky) 
  2. Hamer, Walter J. (January 15, 1965). Standard Cells: Their Construction, Maintenance, and Characteristics, National Bureau of Standards Monograph #84. US National Bureau of Standards. 
  3. (2010) Chemistry: Structure and Dynamics (Fifth Edition). John Wiley & Sons, 564. ISBN 9780470587119.