Гальваникалық элементтер. Химия, 10 сынып, дидактикалық материал.

Гальвандақ элементтің шығу тарихы

 Әртүрлі металдардың өзара жанасуынан электр тогының пайда болу құбылысын, Болон университетінің (Италия, Болон қаласы) медицина профессоры, физиолог Луиджи Гальвани 1786 жылда бақамен тәжірибе өткізіп жүргенде ашқан.  Ол жаңадан бөлініп алынған бақаның санына мыс ілгекті бекітіп, оны өзінің үйі орналасқан бақтағы темірден жасалған торға іліп қойды. Бірақта ешқандай атмосфералық әрекет байқалмады. Тек қана, соққан желден тербелген бақаның табаны кездейсоқ қоршаудың торына тигенде, оның бұлшық еттері кенеттен тітіркенді. Гальвани бұл тәжірибені үй ішінде қайталауды ұйғарды. Бақаның табанына темір тақтаны қойғанда, ол тағыда бұлшық еттердің жиырылғанын байқады. Гальвани бұл құбылысты "жануарлық” электрдің әсері деп ойлайды. Бақа сирағына жасалған тәжірибені физиктер, химиктер, философтар және дәрігерлер қайталап жасады.

 Бұл бақыланған құбылыстың нақты себебін тек италян ғалымы Алессандро Вольтаның түсінуіне мүмкін болды. Вольта бұл құбылысты тиянақты зерттеу нәтижесінеде, бақаның табаны "жануарлық” электрдің әсерінен емес (Гальвани ойлағандай), екі түрлі металл өткізгіштердің жанасуы салдарынан одан өтетінн электр тогының әсерінен жиырылады деген тұжырым жасады. Бұл тәжірибелерде, Вольтаның көзқарасы бойынша, бақа "тіпті өте сезімтал алтын жапырақшалы электрометрден де ондаған есе сезімтал электрометр” ретінде қажет болды. Егер электр өткізгіштігі бар сұйыққа әртекті металдарды жанастыруға әрекет жасасақ, бақаны пайдаланбай-ақ сол токты алуға болады. Вольта күміс және қалайы өткізгіштердің ұштарын бір-біріне жалғап, қарама-қарсы ұштарын тіліне тигізіп, тәжірибені өзіне жасай отырып өз тұжырымын нақтылайды. Осы кезде тілінде пайда болған ащы-қышқыл дәм оның тілі арқылы токтың өткендігін білдіреді. Егерде электр көзі тілдің бұлшық еті болған болса, онда дәм металдар бірдей болған кезде де байқалған болар еді, бірақта бұл олай болмады. Вольта тәжірибені жалғастыра берді. Ол әр текті заттан жасалған екі тиынды алып, оның біреуін тілінің үстіне, екіншісін — астына қояды. Тиындарды өткізгіштермен қосқанда тағы да сондай дәмді сезеді. Ақырында, 1800 жылы Вольта бірнеше ондаған жұп дөңгелек пластина (күміс пен мырыш) алып, олардың арасына тұзды суға батырылған қалың қағаз қойып бағана сияқты тігінен қатарластыра орналастырады. Жоғарғы және төменгі пластина бағандарын өзара қосып, Вольта ең бірінші тұрақты ток көзін (Вольта бағаны) алады. Вольта бағаны тәжірибесін француз ғалымдарының алдында көрсеткен кезде Наполен Бонапартта қатысты. Тәжірибе оған қатысушыларға өте күші әсер қалдырды. Сондықтан, өзінің зерттеулеріне Вольта граф атағын алды және аймақтың Құрметті рыцары болуы таңқаларлық емес.

 Күнде көріп жүрген үйреншікті ток көзі бірнеше жылғы үздіксіз жетілдіру барысында алынды. Қазіргі ток көзінің құрылымы әр түрлі. Химиялық реакция арқылы жұмыс істейтін ток көзін химиялық ток көзі деп атаймыз. Оларға гальвани элементтері (немесе жай элементтер) және аккумляторлар жатады. Гальвани элементтері (Л. Гальвани құрметіне аталған) бір реттік қолданылатын ток көзі болып табылады. Периодты зарядтай отырып, аккумляторларды бірнеше қайтара пайдалануға болады. Кез келген ток көзінде екі электрод болады — (+) оң және (–) теріс. Арнайы ертіндіге батырылған ток көзінің ішінде өтетін химиялық реакцияның әсерінен шартты түрде өткізгіштерде электродтарда әр түрлі зарядтармен белгіленген. Егер өткізгіштер арқылы ток көзіне қандай да бір электр энергиясын тұтынушы құрылғыны жалғаса, ток көзінің электр өрісінің әсерінен олардан ток өтеді. Ток көзімен өзара жалғасқан өткізгіштер және электр энергиясын тұтынушылар (шамдар, электр пеші, электр- және радиоқондырғылар) электр тізбегін құрайды. Тізбекте тұрақты ток (яғни, уақыт өтуіне байланысты өзгермейтін ток) жүруі үшін тізбек тұйықталған болуы керек. Егер де тізбек үзілсе, онда оның бойымен ток жүрмейді. Тізбектегі токты ажыратып және қосатын батырма, ажыратып-қосқыш, кілт және басқа құрылғылар жұмысы осыған негізделген.

 Гальвандық элементтің жұмыс істеу принципі

 Гальваникалық элемент бұл химиялық электр тогының көзі, бұл құбылысты бірінші анықтаған Гальвани, соның құрметіне гальваникалық элементтер деп аталады. Жұмыс істеу принципі екі түрлі металдың электролит арқылы әсерлесуіне негізделген. Гальваникалық элементтің электр қорғаушы күшінің шамасы электродтардың материалына және электролиттің құрамына байланысты, қарапайым гальваникалық элемент екі электродтан тұрады. Мырыштың судағы ерітіндісіне батырылған мырышты электродтан тұрады, мыстың судағы ерітіндісіне батырылған мыс электродтардан тұрады. Сыртқы тізбекті тұйықталғанда цинктың атомдары цинкты электродтың бетінде тотығады, ол ионға айналады. Zn Zn²⁺ + 2e

 Бұл электрондар сыртқы тізбек арқылы мыс электродқа барады және оны қалпына келтіреді. Тізбек арқылы электрондарың ағысы элементтің шығаратын тогы болып табылады. Химиялық түрлендіруі мен электр энергиясын түрлендіретін реакция былай жазылады. Cu²⁺ + Zn Cu + Zn²⁺Мырыш электрод анод деп, ал қалпына келтіретін мыс электрод катод деп аталады.