Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

galvanisk element

Oprindelig forfatter MoMo Seneste forfatter Redaktionen

galvanisk element, elektrokemisk celle, som omdanner kemisk energi til elektrisk energi. Et galvanisk element består af en positiv og en negativ elektrode adskilt af en elektrolyt. Traditionelle galvaniske elementer har en negativ elektrode af metal, fx zink (Zn) eller cadmium (Cd), en positiv elektrode af enten et andet metal, fx kobber (Cu), eller et metaloxid, fx brunsten (mangan(IV)oxid, MnO2), og en vandig saltopløsning som elektrolyt.

I 1792 fremstillede Volta det første egentlige galvaniske element ved at lægge en zink- og en kobberplade på hver side af et stykke stof vædet med en saltopløsning. Volta konstruerede et batteri bestående af mange af disse elementer ved at stable dem i elektrisk serie i den såkaldte voltasøjle, der var det første brugbare batteri.

Elementet er opkaldt efter den italienske læge L. Galvani.

Når en metalstang nedsænkes i vand, vil positive metalioner kunne strømme fra stangen ud i vandet. Derved bliver vandet positivt og metalstangen negativt ladet. Den negative stang vil tiltrække de positive ioner, og på et tidspunkt vil strømmen af positive ioner ind i stangen blive lige så stor som strømmen ud. Størrelsen af den elektriske spænding (potentialforskel), som opstår mellem metalstangen og vandet, varierer fra metal til metal. Således bliver der en elektrisk spænding mellem to forskellige metaller, som er anbragt i en beholder med vand. Vandet gøres elektrisk ledende ved at opløse et salt i det; herved fås en elektrolyt. Nedsænkes en metalstang i en elektrolyt indeholdende metalioner, kan der udfældes positive metalioner fra opløsningen på metalstangen, hvorved stangen bliver positivt ladet.

Annonce

Daniell-element

Det klassiske eksempel på et galvanisk element er Daniell-elementet, som består af en zink- og en kobberstang neddyppet i vandige opløsninger af hhv. zinksulfat og kobbersulfat. Opløsningerne er i kontakt med hinanden gennem en porøs membran eller en saltbro, der hindrer saltopløsningerne i at blandes. En kort skrivemåde for Daniell-elementer er
Zn|1 M ZnSO4∥1 M CuSO4|Cu.
(1 M ZnSO4 betyder 1 molær zinksulfat i vand).

Forbindes de to elektroder med en ydre ledning, vil der gå en elektrisk strøm fra kobber til zink (elektronerne bevæger sig i modsat retning). Samtidig forløber de elektrokemiske reaktioner
Zn→Zn2++2e-
og
Cu2++2e-→Cu,
og zinkionkoncentrationen vokser, mens kobberionkoncentrationen aftager. Sulfationerne (SO42-) bevæger sig gennem membranen fra CuSO4-opløsningen til ZnSO4-opløsningen, således at elektroneutraliteten opretholdes.

Spændingsrækken

Et galvanisk elements spænding, når det ikke belastes, kaldes elementets elektromotoriske kraft (EMK).

Alle stoffer kan bringes til at danne et galvanisk element med et andet stof, dog ikke altid i en vandig elektrolyt. Derved kan alle grundstoffer og kemiske forbindelser ordnes i en rækkefølge, den elektrokemiske spændingsrække, efter deres spænding i forhold til hydrogen, idet hydrogenelektrodens potential er valgt som nulpunkt. Afhængigt af, om et grundstofs elektrokemiske potential er negativt eller positivt i forhold til hydrogen, omtales det som henholdsvis elektropositivt eller elektronegativt. Det mest elektropositive grundstof er lithium (-3,045 V), og det mest elektronegative er fluor (+2,87 V).

Anvendelse

Af nutidens meget udbredte galvaniske elementer kan nævnes Leclanchés element, det alkaliske tørbatteri, det genopladelige nikkel-cadmium-batteri og blyakkumulatoren (se akkumulator). Leclanchés element er det gamle "lommelygtebatteri". Det alkaliske batteri har også negativ elektrode af zink og positiv elektrode af brunsten, men elektrolytten er koncentreret kaliumhydroxid (KOH). Tidligere tilsatte man kviksølv (Hg) til zinket, fordi det forlængede batteriets levetid; det har givet anledning til spredning af det giftige kviksølv. Der er blevet gennemført en indsamlingsordning for at undgå denne miljøforurening, og nogle batteriproducenter har udviklet alkaliske batterier uden kviksølv.

Der foregår en betydelig forskning og udvikling af nye galvaniske elementer, dels fordi bly og cadmium er giftige tungmetaller, som man ikke vil sprede for meget, dels fordi nye elektroniske produkter som fx videokameraer og mobiltelefoner stiller større og større krav til batteriernes ydeevne og holdbarhed. Nogle lovende typer genopladelige batterier (1996) er lithium-brunstensbatteriet (Li|LiBr|MnO2), hvor LiBr er saltet lithiumbromid opløst i vandfrit organisk opløsningsmiddel, og brint-nikkel-batteriet (Ni-La-H|konc. KOH|NiO). Her er den negative elektrode en legering af nikkel og lanthan, hvori atomar hydrogen kan opløses; den positive elektrode består af nikkeloxid.

På længere sigt er brændselsceller måske den mest lovende type galvaniske celler. Se også elektrokemi.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Mogens Bjerg Mogensen: galvanisk element i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 22. maj 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=81927