Гальванический элемент

**Гальванический (волтаический) элемент** использует самопроизвольную окислительно-восстановительную реакцию, чтобы проталкивать электроны по внешней цепи. Симулятор показывает схему **двух стаканов** с **солевым мостом**, металлическими электродами и **вольтметром** на проводе. Вы выбираете две пары «ион металла / металл» (стандартные потенциалы восстановления E° относительно ВНЭ — округлённые учебные значения). Модель автоматически назначает **анод** (окисление, пара с меньшим E° как восстановление) **слева** и **катод** (восстановление, больший E°) **справа**, чтобы рисунок совпадал с направлением движения электронов слева направо по внешнему проводу. Концентрации ионов в каждом полуэлементе входят в **реакционное отношение Q** для сбалансированной реакции ячейки (включая правильные степени при разном n, например Zn и Ag⁺). **Уравнение Нернста** E_cell = E°cell − (RT/nF) ln Q обновляет показание; температура задаётся ползунком. **Точки электронов** анимируются вдоль внешнего контура при E_cell ≥ 0 и замедляются или идут в обратную сторону при несамопроизвольных сочетаниях. Потенциалы смыкания, коэффициенты активности, комплексообразование и поляризация концентрации опущены — вместо активностей используются концентрации — поэтому числа для **понятийной работы** рядом с отдельным симулятором уравнения Нернста.

Для кого: Школьники и студенты начальных курсов по окислению-восстановлению, стандартным потенциалам и уравнению Нернста; связь формул с картинкой «целой ячейки».

Ключевые понятия

  • Гальванический элемент
  • Анод и катод
  • Стандартный потенциал восстановления
  • Солевой мост
  • ЭДС ячейки
  • Уравнение Нернста
  • Реакционное отношение Q
  • Постоянная Фарадея

Как это работает

Гальваническая ячейка: два полуэлемента, мост, вольтметр; анод слева (меньший E°), катод справа. E°cell и E по Нернсту от [ион] в A и B и T; пресеты Daniell, Fe|Cu, Zn|Ag. Анимация e⁻ по внешнему проводу; R — сброс.

Основные формулы

E°cell = E°катода − E°анода (оба как восстановление к ВНЭ)
E_cell = E°cell − (RT / nF) ln Q

Часто задаваемые вопросы

Почему анод всегда слева?
После выбора двух полуэлементов рисунок перестраивается так, что окисление (пара с меньшим E° в таблице восстановлений) оказывается слева, восстановление — справа. Так обычно рисуют направление e⁻ по внешнему проводу от анода к катоду.
Как собирается Q для пары Zn и Ag⁺/Ag?
Реакция балансируется по числу электронов: Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag, n = 2, твердые фазы в Q не входят: Q = [Zn²⁺]/[Ag⁺]².
Почему напряжение может не совпасть с опытом?
В реальности есть потенциалы смыкания, активности не совпадают с молярностью, побочные процессы и пассивация электрода. Здесь — идеализованные E° и концентрации вместо активностей.
Что если оба полуэлемента — один и тот же металл?
E°cell = 0; при одинаковой обработке сторон E_cell = 0 — нет гальванической движущей силы.

Другие симуляторы в этой категории — или все 21.

Вся категория →
НовоеНачинающий

Закон Гесса (пути энтальпии)

Два шага против прямого ΔH на диаграмме уровней; сумма шагов и заявленный общий ΔH.

Запустить симулятор
НовоеНачинающий

Элементарная ячейка: ПК / ОЦК / ГЦК

Обычные кубические ячейки; проекция с изменением углов рыскания и тангажа — узлы решётки до детализации базиса.

Запустить симулятор
НовоеСредний

Последовательный опыт Штерна–Герлаха

Два прибора ШГ: P(вверх на SG₂) = cos²(θ/2) или sin²(θ/2) после фильтра |±z⟩.

Запустить симулятор
ПопулярноеНачинающий

Просмотр молекул (3D)

Распространённые молекулы в 3D. Вращайте, масштабируйте. Модели типа шарик-стержень.

Запустить симулятор
ПопулярноеНачинающий

Периодическая таблица

Нажмите на элемент, чтобы узнать его свойства, электронную конфигурацию и применение.

Запустить симулятор
Средний

Электронная конфигурация

Визуально заполняйте орбитали с анимацией принципа Ауфбау.

Запустить симулятор