Еще одна подробность, на которую стоит обратить внимание. Ионы ОН- согласно одному из описаний, путешествуют от катода к аноду. Но на самом деле это не обязательно. Конечно, ничто не преиятствует какому-нибудь конкретному, рожденному у катода иону ОН-совершить путешествие через всю банку к аноду. В отличие от электронов ионы достаточно четко локализованы в пространстве, и в принципе такое путешествие можно было бы даже проследить. Но необходимости в таком путешествии нет. Все что нужно — это чтобы общая концентрация ионов ОН- в электролите поддерживалась постоянной. Ведь фактически расходуются только цинк, необратимо переходящий в окись цинка, и окись серебра, из которой выделяются атомы серебра. Для протекания тока не нужно, чтобы молекулы окиси цинка переходили к катоду или атомы серебра к аноду.
Что же касается ионов ОН-, то вполне допустимо и такое описание. Вблизи катода ионы ОН- присоединяют к себе ионы водорода и образуют воду, а вблизи анода вода диссоциирует и образует ионы ОН-. Общий баланс вещества при этом не меняется. Это особенно справедливо для электронов. Совершенно не обязательно, чтобы длиннейшее' путешествие от анода к катоду совершал какой-либо конкретный электрон. Физикой установлено, что электроны не имеют индивидуальности. Электрон, как уже говорилось, вполне может «исчезнуть» (например, «провалиться» на один из низких уровней) у анода и в тот же миг «родиться* (выскочить на уровень свободной зовы) у катода. Важно, чтобы общее количество электронов, выделившихся у анода, было равно общему количеству электронов, потребленных у катода.
Аккумуляторы
Серебряно-цинковый гальванический элемент обладает еще одним замечательным свойством. Нормально при протекании тока расходуются цинк и окись серебра. Теоретически ток протекает до тех пор, пока не израсходуется весь цинк или вся окись серебра, или то и другое вместе. На самом деле ток перестает протекать (мы говорим, батарейка сгорела) гораздо раньше.
Что произойдет, если серебряно-цинковый элемент подсоединить к внешнему источнику электрической энергии анодом к отрицательному полюсу, а катодом — к положительному? На аноде образуется избыток электронов. Обладая относительно высокой средней энергией, они поступят в раствор и послужат причиной реакции восстановления: ZnO+H20-r-2e—*Zn+20H-. Наоборот, атомы серебра на катоде, отдавая свои электроны внешнему источнику электрической энергии, окисляются:
2Ag-f-20H Ag20 + H20-r-2e. Через некоторое время
элемент приходит в такое состояние, как будто в нем не расходовались цинк и окись серебра.
Электродные реакции, легко' протекающие как в одну, так и в другую сторону, называют обратимыми. Элементы с обратимыми электродными реакциями называют аккумуляторами. Аккумулятор можно заряжать от внешнего источника электрической энергии и разряжать, подсоединяя к его электродам какой-нибудь потребитель, например электрическую лампочку. Теоретически количество циклов заряда-разряда может быть сколь угодно большим, на самом деле оно, конечно, ограничено. Свойством обратимости электродных реакций и, следовательно, способностью работать как аккумуляторы обладают далеко не все гальванические элементы.
Элемент Лешмннве
Вы куш ил в магамие батарейку для карманного фонарика яяв транзисторного радиоприемника. Знаете ли вы, что она представляет собой? Маргаачево-адщювый
элемент или батарею, состоящую из нескольких таких элементов. Первый маргаииево-дииховый элемент в 1865 году создал французский инженер Ж.-Л. Лекланше. Элемент состоял из стеклянной банки с раствором хлорида аммония (нашатыря) NH4CI, в который были погружены цинковый стержень (отрицательный электрод) и керамический пористый сосуд, аашлнеяяый смесью двуокиси марганца Мп02 я порошка кокса, с угольным стержнем — токоотводом (положительный электрод). В 1868 году было изготовлено более 20 ООО таких элементов.
Со временем цинковый стержень заменили цинковым стаканом, который одновременно служил и анодом, и корпусом элемента. Смесь марганца и порошка шкса вместо керамического сосуда стали помещать в тканевый мешочек или бумажный патрон. В 1880-х годах начали использовать так называемый загущенный злектролят, и элементы Лекланше превратились в сухие элемеяты. В таком виде практически почтя без изменений они до-
жили до наших дней. Сейчас во всем мире ежегодно производится 7—9 млрд. элементов.
Так же, как и в серебряно-цинковом элементе, в элементе Лекланше топливом служит цинк.
Оказалось, однако, что элементы Лекланше не удовлетворяют всем требованиям. На смену им приходят щелочные марганцево-цинковые элементы. Первый такой элемент был предложен в 1912 году, но только в 60-х годах в результате интенсивных работ, начатых в СССР и впоследствии проводимых в разных странах, были созданы улучшенные варианты щелочных марганцево-цинковых элементов, которые и получили сегодня широкое распространение.
