3.5 Ο ρόλος της γέφυρας άλατος

Σε ένα γαλβανικό στοιχείο, όπως στο στοιχείο Daniell, τα δύο ημιστοιχεία συνδέονται μεταξύ τους μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος στο οποίο παρεμβάλλεται ένα βολτόμετρο για τη μέτρηση της τάσης του ρεύματος. Για να είναι κλειστό το κύκλωμα ώστε να λειτουργεί, τα δύο διαλύματα μέσα στα οποία είναι βυθισμένα τα δύο μεταλλικά ελάσματα (Zn, Cu), συνδέονται μεταξύ τους μέσω ενός ηλεκτρολυτικού συνδέσμου που λέγεται και γέφυρα άλατος.

Ως υλικό πλήρωσης του ηλεκτρολυτικού αυτού συνδέσμου, χρησιμοποιείται ένα μείγμα άγαρ μαζί με άλας (π.χ. KCl, KNO3). Το κυριότερο συστατικό του άγαρ είναι η αγαρόζη, ένα πολυμερές του σακχάρου γαλακτόζης. Το άγαρ μαζί με το νερό σχηματίζουν μια πηκτή. Κατά την πήξη της εγκλωβίζεται ανάμεσα στα μεγαλομόρια το υδατικό διάλυμα του άλατος.

Α) Στοιχείο Daniell με γέφυρα άλατος KCl χωρίς εξωτερικό κύκλωμα.
    Το στοιχείο δε λειτουργεί.
Β) Στοιχείο Daniell με γέφυρα άλατος KCl με εξωτερικό κύκλωμα.
    Το στοιχείο λειτουργεί (ανάβει η λάμπα).

 

Η γέφυρα άλατος έχει δύο ρόλους:

  • Κλείνει το κύκλωμα επιτρέποντας την κίνηση του φορτίου από το ένα δοχείο στο άλλο.
  • Προμηθεύει κατιόντα και ανιόντα τα οποία αντικαθιστούν αυτά που καταναλώνονται στα ηλεκτρόδια.

 

Στοιχείο Daniell με γέφυρα άλατος Na2SO4

 

Στο στοιχείο Daniell για παράδειγμα, συμβαίνουν τα εξής:

  • Αρχικά στο ημιστοιχείο της ανόδου η [Zn2+] ήταν ίση με τη [ΝΟ3-] και το διάλυμα ήταν ουδέτερο. Με τη διαδικασία της οξείδωσης παράγονται  Zn2+ οπότε αυξάνεται η [ Zn2+ ] στο διάλυμα.
  • Το ίδιο και στην κάθοδο όπου αρχικά η [Cu2+] ήταν ίση με τη [ΝΟ3-] και το διάλυμα ήταν ουδέτερο. Με τη διαδικασία της αναγωγής όμως καταναλώνονται Cu2+ οπότε η [Cu2+] μειώνεται.
  • Με τη γέφυρα άλατος, στην μεν άνοδο, εισέρχονται μέσα στη γέφυρα Zn2+ ή εξέρχονται από τη γέφυρα ανιόντα του άλατος της γέφυρας για να εξισορροπήσουν την αύξηση των θετικών ιόντων που δημιουργούνται με τη διαδικασία της οξείδωσης.
  • Στην κάθοδο εισέρχονται μέσα στη γέφυρα ανιόντα του διαλύματος της καθόδου ή εξέρχονται από την γέφυρα κατιόντα του άλατος της γέφυρας για να εξισορροπήσουν την μείωση των θετικών ιόντων που προέρχεται από τη διαδικασία της αναγωγής.
  • Αν δεν γινόταν αυτή η μετακίνηση ιόντων, τα φορτία που θα συσσωρεύονταν στα δύο δοχεία (συσσώρευση θετικού φορτίου στην άνοδο και αρνητικού φορτίου στην κάθοδο), θα προκαλούσαν άμεση διακοπή στη ροή ηλεκτρονίων και άρα στη λειτουργία του στοιχείου.
  • Η γέφυρα άλατος επομένως δε συμμετέχει στη συνολική χημική αντίδραση, αλλά είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του στοιχείου.

 

Στοιχείο Daniell με γέφυρα άλατος NaNO3

 

 

 

Αρχή Σελίδας