RAFHLÖÐUR

UPPBYGGING RAFHLÖÐU

Galvanihlaða (Volta rafhlaða) inniheldur tvö rafskaut. Fyrra rafskautið er mínuspóll og er kallað anóða. Þar á oxun sér stað, þ.e.a.s. rafeindir losna. Hitt rafskautið er plúspóll og er kallað katóða. Þarna á sér stað afoxun, þ.e.a.s. rafeindirnar bindast. Ein meginforsenda fyrir því að rafhlaðan virki er að efnahvarfið sé sjálfgengt um leið og efnin koma í tengsl við hvert annað.
Í rafhlöðu, eins og við sjáum á myndinni hér fyrir ofan, er oxunar- og afoxunarhvarfinu skipt upp í sitt hvort hólfið. Í vinstra glasið er sett mínus hlaðin lausn, í þessu tilfelli ZnSO4 sem getur gefið Zn2+ jónir í það glas. Ofan í þetta glas er líka settur sinkbútur. Frá sinkbútnum er leiðari sem liggur yfir í koparbút sem er í hólfinu hægra megin. Í hægra hólfinu er plúshlaðin lausn, í þessu tilfelli CuSO4 lausn sem getur gefið Cu2+ jónir í hólfið.
Vegna spennumunar á milli málmanna tveggja dregur koparbútur til sín rafeindir frá sinkstönginni og oxunar-/ afoxunarhvarfið fer í gang. Við hvarfið ganga því Zn2+ jónir út í sinkstöngina en rafeindirnar flytjast yfir til koparstangarinnar sem dregur að sér Cu2+ jónirnar sem taka við rafeindum sem falla þar út sem fastur kopar.
Þegar rafhlaða hefur gengið í einhvern tíma er líklegt að hleðslumisvægi hafi myndast. Þetta hleðslumisvægi stafar af því styrkur Zn2+, þ.e.a.s. plúshleðslan vinstra megin, hefur hækkað. Eins hefur styrkur Cu2+ þ.e.a.s. plúshleðslan hægra megin lækkað. Þegar þetta gerist þá heldur saltbrú hvarfinu gangandi. Ef saltbrúin, sem liggur á milli hólfanna, væri ekki til staðar myndi hvarfið stoppa vegna hleðslumismunarins. Í saltbrúnni eru uppleyst jónaefni eins og t.d. í þessu dæmi Na2SO4 sem dragast ofan í lausnirnar (Na+ hægra megin og SO42- vinstra megin). Þessar jónir vega þannig upp á móti misræminu og viðhalda hleðslujafnvægi í rafhlöðunni.
Málmbútarnir kallast elektróður, anóða þar sem oxunin á sér stað og katóða þar sem afoxunin á sér stað. Í þessu dæmi er sinkbúturinn anóða og koparbúturinn katóða. Rafeindirnar flæða alltaf frá anóðu til katóðu. Eftir því sem rafhlaðan gengur þá eyðist sinkstöngin vegna oxunar, hún fer frá því að vera á föstu formi (s) yfir í að fara í vatnað form (aq). Á sama tíma þyngist koparstöngin vegna afoxunar (koparjónirnar breytast í fast efni).

HÁLFHLÖÐ

Hvor helmingur rafhlöðu kallast hálfhlöð og hægt er að rita hálfhvörf fyrir hvorn hluta. Í dæminu sem við tökum hér er oxun sink málmsins yfir í sink jónir anóðu hlutinn og koparinn sem afoxast í fastan kopar er katóðu hlutinn. Þessi hálfhvörf má skrifa svona:
Zn (s) -> Zn2+ (aq) + 2 e-
Cu2+ (aq) + 2 e- -> Cu (s)
Ef við leggjum hálfhvörfin saman fáum við heildahvarf rafhlöðunnar, sem er
Zn (s) + Cu2+ (aq) -> Zn2+ (aq) + Cu (s)