29. Теория гальванического элементов.

Избыточные электроны перейдут с электрода

цинка к электроду меди, следовательно нарушится химическое равновесие

Для того, чтобы компенсировать убыль электронов с цинкового электрода, нужно чтобы цинк растворялся в соли.

Процесс окисления цинка. Процесс восстановления меди

По мере протекания электрического тока в банке с цинком будет недостаток , а в правом избыток, следовательно, будет разница в концентрации ионов

Ионы с большей концентрацией будут переходить в банку с меньшей, т.к. перегородка пористая и имеет место диффузия.

Гальванический элемент – любое устройство, позволяющее получать электрический ток, за счет протекания химических реакций.

Гальваническая цепь – последовательная совокупность скачков потенциала на границе раздела фаз.

Максимальная разность потенциалов, отвечающая обратимому протеканию химической реакции – ЭДС (Е)

- очень мала и ей обычно пренебрегают

30. Уравнение Нернста. Концентрационные гальванические элементы. Поляризация и деполяризация. Элемент Лекланше.

Потенциал электрода E связан с активностью и концентрацией веществ, участвующих в электродном процессе, уравнением Нернста:

где E0 - стандартный потенциал редокс-системы;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,312 Дж/(моль К);

T - абсолютная температура, К;

F - постоянная Фарадея, равная 96485 Кл/моль;

n - число электронов, принимающих участие в электродной реакции;

aox, ared - активности соответственно окисленной и восстановленной форм редокс-системы;

[ox], [red] - их молярные концентрации;

γ ox, γ red - коэффициенты активности.

E=E0 при aox = ared = 1, причем имеется в виду гипотетический стандартный 1 М раствор, в котором коэффициент активности каждого растворенного вещества равен 1, а чистые вещества находятся в наиболее устойчивом физическом состоянии при данной температуре и нормальном атмосферном давлении.

Концентрационные гальванические элементы состоят из одинаковых электродов, отличающихся активностями потенциалопределяющего иона Действительно, из уравнения Нернста следует, что при ЭДС концентрационного элемента

равна

ЭДС этих элементов обычно очень мала. Концентрационные элементы используются при определении pH и концентраций труднорастворимых солей.

Различают Концентрационные элементы двух типов: с переносом ионов и без переноса ионов. Концентрационные элементы с переносом ионов получают погружением двух одинаковых электродов (например, серебряных) в разделённые полупроницаемой перегородкой растворы одного и того же электролита (например, нитрата серебра) различной концентрации. Электродвижущая сила в таких Концентрационные элементы возникает в результате непосредственного переноса электролита из более концентрированного раствора в менее концентрированный. В Концентрационные элементы второго типа выравнивание концентраций электролита происходит в результате химических процессов, происходящих на двух различных электродах. Пример Концентрационные элементы без переноса ионов — серебряный и платиновый электроды, погруженные в раствор соляной кислоты. При одинаковом соотношении концентраций электролита электродвижущая сила Концентрационные элементы без переноса ионов в два раза больше, чем у Концентрационные элементы с переносом. Концентрационные элементы применяют при измерении коэффициента активности и чисел переноса.

Поляризация и Деполяризация.

Связанное с работой гальванического элемента изменение электродных потенциалов анода и катода, следствием чего является уменьшение первоначальной разности потенциалов между ними и уменьшение тока, а также скорости коррозии, называется поляризацией.

Общее уменьшение разности потенциалов электродов в элементе может происходить как за счет смещения потенциала анода в положительную сторону (анодная поляризация), так и за счет смещения потенциала катода в отрицательную сторону (катодная поляризация).

Коррозионное разрушение металла происходило бы в десятки и тысячи раз быстрее, если бы в результате поляризации не происходило уменьшения первоначальной разности потенциалов между анодом и катодом.

Поляризация может быть вызвана наличием в составе электрода примесей других металлов, рассеянных в виде кристалликов; обрастанием поверхности электрода пузырьками водорода или образованием на поверхности электродов пленок из продуктов коррозии.

Явлению поляризации электродов противостоит деполяризация — уничтожение или ослабление поляризации и восстановление электрохимической активности электрода. Вещества, которые, вступая в реакцию с веществом, вызвавшим поляризацию, ослабляют или уничтожают последнюю, называются деполяризаторами.

Лекланше элемент, гальванический элемент, в котором положительный электрод изготавливается из двуокиси марганца с добавкой графита и сажи, отрицательный — из цинка. Л. э. был предложен в 1865 французским химиком Ж. Лекланше и первоначально состоял из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или др. хлористых солей (электролит), с помещенным в него агломератом из двуокиси марганца с угольным токоотводом. В более поздних конструкциях «сухих» Л. э. электролит стали загущать крахмалистыми веществами. Начальное напряжение такого Л. э. — 1,4—1,6 в, конечное — 0,7—0,9 в, удельная энергия (w) 30—50 вт·ч/кг. В 30 — 40-х гг. 20 в. были разработаны Л. э. галетной конструкции с w 40—60 вт·ч/кг. В 60-х гг. появились Л. э. со щелочным электролитом — раствором едкого кали (1,4—1,66; 0,9—1,0 б; w 60—90 вт·ч/кг), которые стали постепенно вытеснять Л. э. с солевым электролитом. Л. э. — наиболее дешёвые и удобные химические источники тока: они хорошо сохраняются, транспортабельны, не требуют специального ухода, всегда готовы к действию. Широко применяются для питания переносной радиоаппаратуры, карманных фонарей, электрочасов, электроигрушек и т. п.

Элемент Лекланше.

1 – воск,

2 – бумажная оболочка,

3 – цинковый цилиндр,

4 – пористая перегородка,

5 – электролит,

6 – угольный стержень, окруженный окисью марганца.