Электрохимия –естественнонаучная дисциплина, котораяизучает физико-химические свойства ионных растворов и расплавов, а также явления, которые протекают на границе раздела фаз с участием заряженных частиц.
Химические источники тока (ХИТ) – это устройства, в которых энергия химической реакции преобразуется в электрическую. В гальванических элементах могут использоваться только те реакции, которые идут самопроизвольно и для ΔG < 0.
При погружении цинковой пластинки в раствор сульфата меди самопроизвольно протекает реакция
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu
в результате, которой атомы цинка окисляются, а ионы меди восстанавливаются. При таком проведении процесса энергия химической реакции превращается в тепловую энергию, но если провести процессы окисления и восстановления раздельно и осуществить передачу электронов через внешнюю цепь, можно использовать энергию химической реакции для совершения работы. Активные вещества (окислители и восстановители) в совокупности с электролитом и электродами образуют электрохимическую систему (гальванический элемент (ГЭ)), которая условно изображается следующим образом:
(–) вещество (1) ! электролит (1) !! электролит (2) ! вещество (2) (+).
Электрохимическая реакция протекает на границе раздела фаз между электродом и электролитом.
Одним из наиболее простых ГЭ является элемент Даниэля–Якоби,состоящий из двух электродов – цинкового и медного, погруженных в соответствующие растворы сульфатов цинка и меди. Вся совокупность этих процессов выражается уравнением полуреакции:
Zn – 2е– = Zn2+ Е0 = –(–0,76) В
Cu2+ + 2e– = Cu Е0 = +0,34 В.
Общий процесс является суммой процессов, протекающих на отдельных электродах:
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu.
Схематическое изображение элемента Даниэля–Якоби имеет вид
(–) Cu Zn ! ZnSO4 !! CuSO4 ! Cu (+).
Электрический ток, протекающий по внешней цепи ГЭ, может производить полезную работу (А), которая определяется произведением количества прошедшего по цепи электричества (Q = It, где I – ток; t – время) на напряжение (V), измеренное на концах гальванического элемента: