Химия и Химики № 7 2014. Гальванический элемент

Гальванический элемент медь - цинк - азотная кислота

В предыдущей части статьи описан гальванический элемент медь - цинк - серная кислота. Цинк окислялся и растворялся, ионы водорода восстанавливались до молекулярного водорода, а медь фактически играла роль инертного электрода. В ходе работы гальванического элемента медь не изменялась, т.к. медь не реагирует с разбавленной серной кислотой [1].

Зато медь реагирует с азотной кислотой - и довольно активно. Решил усложнить систему - взять для гальванического элемента вместо серной кислоты 20% азотную. С точки зрения практики такая замена не имеет смысла, но мне было интересно, что получится. Если в разбавленном растворе серной кислоты есть только один окислитель - ион водорода, то в случае азотной кислоты окислителей два: катион водорода и анион нитрата; причем последний способен реагировать как с цинком, так и с медью.

Налил в стакан 20% азотной кислоты и опустил в нее два электрода: оцинкованную жесть и расплющенную медную трубку. Электроды были подключены проводами к тестеру. В первые секунды напряжение было 0.3-0.4 В, но быстро упало до 0.2 В, после чего стабилизировалось.

Оцинкованный электрод начал быстро разрушаться: слой цинка растворился за несколько секунд, после чего кислота начала реагировать с железом: возле поверхности электрода раствор стал зелено-бурым, одновременно активно выделялся газ.

На медном электроде также выделялся газ (гораздо слабее, чем на цинке и железе), его поверхность стала "более чистой" - признак растворения меди.

Быстрое падение потенциала гальванического элемента объясняется тем, что цинк растворяется, обнажая железо: вместо цинка начинает окисляться менее активное железо.

Если вместо электрода с поврежденным цинковым покрытием взять новый электрод из оцинкованной жести, падение потенциала повторится (причем это падение происходит за считанные секунды, я с трудом успел заснять процесс на видео).

Таким образом, если в качестве электролита для гальванического элемента медь - цинк - кислота вместо серной кислоты взять 20% азотную кислоту, то такой элемент работать будет, хотя напряжение (и емкость) данного гальванического элемента гораздо ниже.

__________________________________________________
¹ В присутствии воздуха медь растворяется в разбавленной серной кислоте. Но этот процесс идет медленно, кроме того, водород, который выделяется на поверхности меди, изолирует ее от действия воздуха.

Смотреть Видео (45 Мб, .avi )