Galvaanielemendi tekkimine

ripripsPaljud metallist asjad on valmistatud kahekihilistena – tugev metall on kaetud mingist teisest metallist koosneva õhukese kihiga. Selline tootmisviis tagab eseme parema vastupidavuse muutlikes ilmastikutingimustes. Kui näiteks raudplekist tehtud ja tsingikihiga kaetud ämber puutub kokku elektrit juhtiva vedelikuga, siis laguneb see aeglasemalt kui ainult rauast või tehtud ämber. See loodusseadus on igapäevaelus suure tähtsusega, sest enamik meie poolt kasutatavatest vedelikest, muuhulgas ka põhjavesi, vihmavesi või merevesi sisaldavad elektrit juhtivaid osakesi: nad on soolade, hapete või aluste lahused – elektrolüüdid.

Kui kahest erinevast metallikihist koosnev keha on asetatud elektrolüüdi lahusesse, siis võime öelda, et on tekkinud galvaanielement. Tänu sellele säilibki selline keha niiskes keskkonnas paremini. Vaatame tekkivat kaitsemehhanismi tsingitud ämbri näitel. See koosneb kahest omavahel kokkupuutuvast metallist: rauast ja tsingist, neist viimane moodustab ämbri väliskihi. Kui tsingikiht on terve, siis on raud tema poolt kaetud ja ümbritseva keskkonnaga kokku ei puutu ning ämbri tugevust tagav raudplekk püsib muutumatuna. See saab väliskeskkonna mõjul reageerida alles siis, kui tsingikihti vigastada. Kuid ka sel juhul ei hakka raud kiiresti lagunema, sest tsink ämbri pinnal on aktiivsem metall kui raud. Tsink reageerib vees olevate ainetega kiiremini: tsingikiht kahaneb ja tsink läheb ioonidena ümbritsevasse vedelikku, mida nimetatakse elektrolüüdiks. Tsingi ioonidel on aga kaks elektroni vähem kui metallilisel kujul tsingi aatomitel. Nii vabaneb aktiivsema metalli reageerimisel hulganisti elektrone. Elektrone äraandvat metalli nimetatakse anoodiks. Vabanenud elektronid lähevad üle tsingiga kontaktis olevale rauale. Seega võib rauda nimetada katoodiks – metall elektrolüüdilahuses, mis liidab vabu elektrone. Elektronide liitmisega omandab enamik raua aatomeid negatiivse laengu. Kui negatiivse laenguga aatomid elektrone ära annavad, siis aine ei lagune, sest neist saavad taas laenguta metalliaatomid. Nii saavad veega reageerida vaid vähesed rauaaatomid, mis ei ole enesega liitnud tsingi lagunemisel vabanenud elektrone. Seega võib öelda, et tsingitud raudplekist ämbri tsingikihi vigastamisel hakkab ämbrile tugevust andev raudplekk alguses lagunema väga aeglaselt. Raua lagunemine hoogustub alles siis, kui tsingikiht tema peal on hävinud.