Покидая цинковую пластинку, каждый ион оставляет там двойной элементарный отрицателвадй; заряд или два электрона, заряды которых не CKOMOfile сированы положительными зарядами. Пластинка постепенно заряжается отрицательно, а жидкость вблизи.'ЩШ-ковой пластинки — положительно. Между пластинкой и раствором устанавливается разность электрических по? тенциалов. Когда же наступает равновесие? Когда разность электрических потенциалов (гальвани-потенциалов) становится равной исходной разности средних энергий ионов Zn++ в металле и растворе. Электрическое поле препятствует дальнейшим переходам ионов Zn++ из металла в раствор. Среднее число таких переходов в единицу времени равно среднему числу переходов из раствора в металл за то же время. Чтобы учесть факт образовання электрического июля, схему реакции записывают так: Zn++-f-20H—*ZnO+H20+2e. Слагаемое 2е — это два электрона, оставшиеся в цинковой пластинке после того, как нз вес ушел ион Zn++.
Пока все происходит, как и в случае контакта двух металлов. Казалось бы, единственное отличие состоит в том, что металлы обмениваются электронами, а на границе металла и раствора происходит обмен ионами, поскольку в растворе свободных электронов нет.
В кольце
Чтобы образовать замкнутую электрическую цепь, в сосуд со щелочью опустите не одну, а две цинковые пластинки. Для разнообразия соедините их медной проволокой. Ваша замкнутая электрическая цепь содержит четыре контакта между разнородными проводниками. В каждом контакте возникает контактная разность потенциалов (гальвани-потенциал), но подсчет суммы гальвани-потенциалов снова дает нуль. Ничего нового, непонятно, зачем было начинать все сначала?
Однако (в который раз!) не будем спешить. Повторим тот же опыт, но вместо второй цинковой возьмем пластинку из платины. Что происходят на границе раствора и цинковой пластинки, вы уже знаете. А что происходит на границе раствора и платиновой пластинки? Платина—- металл благородный и. своих ионов не отдает. Но соединенная с цинковой пластинкой, пластинка из платины приобретает избыточный отрицательный электрический зарад. Молекулы воды частично диссоциируют, образуя ионы. Н+ и ОН-. Электроны в платиновой пла-стишсе получают возможность переходить в раствор и соединяться с ионами Н+, образуя атомы водорода, Реакция идет по схеме НаОНге-*Н-1г ОН-.
Если м>ежду плативкиюв пшастянвож и раствором существует контактна» разность потенциалов, она обязательно отличается от развести потенциалов между цинком и раствором хотя бы потому, что в первом случае происходит обмен электронами, а во втором—иоиами. Следовательно', теперь, сумма гальвани-потевциалов в замкнутой цеив не равна нулю в в цепи может протекать той. Так и есть ва самом деле, причем в металлических проводниках вереносчдаками тока являются электроны, а в растворе — ионы ОН- которые перемещаются от платиновой пластинки к цинковой.
Как объяснить это явление? Чем отличается контакт двух металлов от контакта металла и раствора? На этот счет имеется несколько версий. Можно сказать, например, что электроны, перешедшие через границу двух металлов, притягиваются к оставшимся «на родине» положительным зарядам, и это не позволяет им отойти далеко от границы раздела. Ионы ОН-, окруженные молекулами воды, слабо взаимодействуют друг с другом. Они свободно перемещаются (диффундируют) во все стороны, но те из них, что случайно оказываются возле цинковой пластинки, вступают в реакцию окисления цинка н выбывают из игры. Предлагая такое объяснение, говорят, что наличие тока в цепи объясняется наличием в растворе (электролите) переносчиков заряда — ионов.
Согласно второй версии основными виновниками считаются атомы водорода. В реакции Zn+++20H--*Zn04-+ Н20+2е каждая молекула ОН" разделяется на ионы 0~ и Ht, Ион О— вступает в реакцию с ионами 2П++, образуя молекулу ZnO. Иои Н+ в составе молекулы воды путешествует к ндатиыовой аластннке, т.е. служит пере-аостгвш аможихелыюго заряда, и участвует там в ре-«тиы HsOi^e—"Й-т-ОН-. Тавое «водородное* ©бъяене-*»е имеет свои преимущества.
И все же более соответствует природе вещей, хотя и менее наглядно, следующее объяснение. В реакции, проходящей на границе цинк — металл, образуется новое вещество — окись цинка. Цимк окисляется или попросту сгорает. Поскольку средняя потенциальная энергия ионов Zn++ в металле больше, чем в окиси, в ходе реакции выделяется энергия. Зга избыточная энергия позволяет совершить работу, связанную с ярохождением тока в замкнутой иедн. Система, состоящая из банки со щелочью, цинковой и ллатийовой лластишж, представляет собой маленькую тепловую электростанцию.
