Големина на текста:
7.ЕЛЕКТРОХИМИЯ
7.1.Предмет на електрохимията. Електрохимични системи
Eлектрохимията изучава химични реакции, при които се осъществява електронен
преход и при които протича електричен ток – той или се използва при реакцията, или се
получава в резултат на извършването на процеса. Най-често електрохимията се
определя като наука, изследваща превръщането на химичната енергия в електрична и
обратно. Това превръщане се осъществява в
електрохимични системи
електрохимични системи, които също са
предмет на изучаване от електрохимията.
Електрохимична система, произвеждаща електричен ток за сметка на химични
превръщания, се нарича
галваничен елемент
галваничен елемент или
химичен източник на ток
химичен източник на ток.
Електрохимична система, в която за сметка на външна електрическа енергия се
извършват химични превръщания, се нарича
електролизна клетка
електролизна клетка или
електролизна
електролизна
вана
вана.
От какво се състои всяка електрохимична система, кои са съставните части, които
задължително трябва да присъстват в нея?
1. Реагиращи вещества, а също така йонизирани или способни да се йонизират
вещества, обезпечаващи протичаенто на електричен ток. Тази част от системата се
нарича
електролит
електролит
.
.
2. Два
електрода
електрода от проводящ материал (най-често метал). Те контактуват с
електролита; обезпечават обмен на електрони с участниците в реакцията и преминаване
на електроните във външната верига или получаване на електрони от нея.
3. Метални проводници, свързващи електродите и осигуряващи протичане на ток
между тях –
външна верига
външна верига.
В електрохимията се работи с два типа проводници – метални (проводници от първи
род) и електролити. Метални проводниците осигуряват обмена на електрони във
външната верига. Металите провеждат електричния ток без да се променят. Например,
след пропускане дълго време на електричен ток през меден, сребърен или алуминиев
проводник атомите на метала запазват своя първоначален строеж. Проводници от
втория тип са електролитите, които представляват йонизирани или способни да се
йонизират вещества, които осигуряват протичането на електричен ток, но се
наблюдават промени в техния химичен състав. Електролити са най-често водни
разтвори или стопилки на вещества, способни да се дисоциират, разпадат на йони.
Да припомним, че в електрохимичните системи се осъществява взаимното превръщане
на химичната и електричната форми на енергията. Как трябва да се води един химичен
процес, така че топлинният ефект да се прояви под формата на електрична енергия?
Да разгледаме окислително-редукционното превръщане
(1)
++++
+=+
223
CuFeCuFe
.
Ако тази реакция протича като химичен процес, за нея са характерни следните
особености. Реакцията е възможна само при сблъсък на частиците. Първата характерна
особеност на химичния процес е необходимостта от контакт на реагиращите частици. В
момента на сблъсък става възможен преходът на електрони от едната частица на
1
другата. Дали ще се извърши този преход зависи от енергията на реагиращите частици
и дали тя е по-голяма от енергията на активация. Тя зависи от природата на химичната
реакция; за йонните реакции активиращата енергия обикновено е малка. Пътят на
електрона ще се окаже при това много малък, което е втората характерна особеност на
химичния процес. Сблъсъци могат да стават във всички точки на реакционния обем,
електронни преходи се извършват във всички направления в пространството, т.е. те не
са насочени и това е третата характерна особеност на химичния процес.
Вследствие на тези особености енергийните ефекти на химичните процеси се проявяват
под формата на топлина. За да може енергийният ефект на химичното превръщане да се
прояви във вид на електрична енергия, трябва да се променят условията за протичане
на процеса.
Получаването или изразходването на електрична енергия са свързани винаги с
протичането на електричен ток, който представлява поток от електрони, движещи се по
един и същ път. Условията на протичане на химичната реакция трябва да се изменят
така, че електронните преходи да не са безпорядъчни, а да се извършват в едно
определено направление. Използването на енергията на електричния ток е възможно
само, ако пътят на електроните е много голям в сравнение с размерите на атомите.
Пътят на електронния преход не може да бъде голям, ако реагиращите частици
контактуват една с друга. Затова за електрохимичния процес е задължително
пространствено разделяне на участниците в реакцията. Но такова разделяне не е
достатъчно, тъй като то ще доведе до прекратяване на химичната реакция, а не до
превръщането и в електрохимична. За осъществяването на електрохимичен процес
трябва да се създадат още допълнителни условия: електроните трябва да се откъсват от
единия от участниците в реакцията ( в приведения пример – от йоните на медта ) и по
един общ път да преминават към другия участник ( в нашия случай към йоните на
желязото
+3
Fe
). Това може да се постигне като се замени непосредствения контакт
между участниците в реакцията с контакт на всеки от тях с две парчета метал, свързани
с метален проводник (електроди).
7.2.Електродни потенциали. Ред на напреженията
През граничната повърхност между две фази, изградени от заредени частици, се
извършва обмен, преминаване на частиците от едната в другата фаза и това води до
възникване на двоен електричен слой и свързания с него електроден потенциал.
Например, ако потопим цинкова пластинка в разтвор на цинкови йони
+2
Zn
, макар и в
незначителна степен цинкови йони от кристалната решетка се разтварят и преминават
в разтвора. При това металът се зарежда отрицателно по отношение на разтвора, в
който положително заредените цинкови йони на базата на електростатично привличане
се подреждат и образуват слой, съставен от плътна и дифузна част.
Ако в процеса на обмен през фазовата граница метал-разтвор участват само йоните на
дадения метал
Me
, т.е. той се намира в равновесие със собствените си йони в
2
електролита
OmHMe
z
2
.
+
, то анодният ( за процеса окисление ) и катодният ( за процеса
редукция ) ток са равни - установява се равновесен електроден потенциал.
(2)
OmHМеMе
z
2
.
+
<=>
II
??
=
, където
I
?
аноден ток;
I
?
катоден ток.
Зависимостта на равновесния електроден потенциал от активността на йоните в
разтвора се описва с уравнението на Нернст, което има следния вид:
(3)
+
+=
n
Me
o
MeMe
a
nF
RT
EElg3,2
, където
o
Me
E
- стандартен електроден потенциал;
R
- универсалната газова константа;
T
- температура,
К
;
F
- константа ( число ) на Фарадей;
n - заряд на металните йони;
+n
Me
a
- активност на металните йони в разтвара.
При електрохимичната корозия обаче, в процеса на обмен, който определя потенциала
на метала, участват не само неговите йони, но и други йони или молекули, напр. Н
+
,
О
2
.
(4)
OmHМеMе
z
2
.
+
<=>
A
I
?
>
A
I
?
(5)
––
=++OHeOHO442
22
K
I
?
>
K
I
?
На повърхността на метала се установява смесен ( корозионен ) потенциал
кор
Е
, който
не може да бъде изчислен по уравнението на Нернст, а се измерва само опитно.
Подредени по стойностите на техните стандартни електродни потенциали, металите
образуват реда на относителната активност, който още се нарича ред на
напреженията. В началото на реда са силните редуктори, техните атоми лесно отдават
валентните си електрони и преминават в положително заредени йони. Силните
редуктори имат отрицателни, с малка алгебрична стойност, електродни потенциали.
Таблица 7.1. Стандартни електродни потенциали нанякои метали
Метал Електродна реакция
VE
o
,
+
LiLi/
+
+-> eLiLi
- 3,02
+
NaNa/
–+
+->eNaNa
- 2,715
+3
/AlAl
–+
+->eAlAl3
3
- 1,66
+2
/ZnZn
–+
+-> eZnZn 2
2
- 0,763
+2
/FeFe
–+
+-> eFeFe 2
2
- 0, 440
+2
/NiNi
–+
+-> eNiNi 2
2
- 0,250
+2
/SnSn
–+
+-> eSnSn 2
2
- 0,136
+
HH/
2
–+
+-> eHH22
2
0,000
3

Това е само предварителен преглед

За да разгледате всички страници от този документ натиснете тук.
Последно свалили материала:
ДАТА ИНФОРМАЦИЯ ЗА ПОТРЕБИТЕЛЯ
22 май 2020 в 22:01 студент на 42 години от Габрово - ТУ - Габрово, факулетет - Електротхника и електроника, специалност - КСТ, випуск 2016
13 май 2020 в 17:46 студент на 38 години от Сливен - Инженерно- педагогически факултет към ТУ- София, факулетет - ипф-сливен, специалност - ДВГ, випуск 2020
27 ное 2019 в 04:55 потребител на 35 години
11 дек 2017 в 22:16 студент от София - СУ "Св. Климент Охридски", факулетет - Биологически факултет, специалност - Биология, випуск 1998
09 сеп 2017 в 07:13 студент на 48 години от Габрово - ТУ Габрово, факулетет - EE, специалност - АИУТ, випуск 2012
12 юни 2017 в 14:26 студент на 25 години от Варна - Технически университет, факулетет - Електротехнически факултет, специалност - Електроника, випуск 2016
08 яну 2017 в 13:30 студентка на 28 години от София - Технически университет, факулетет - Електротехнически факултет, специалност - Електроенергетика, випуск 2013
01 ное 2016 в 22:02 в момента не учи на 59 години от София
23 сеп 2016 в 15:33 студентка на 34 години от Бургас - Бургаски университет "Проф. Асен Златаров", факулетет - Факултет по технически науки, специалност - Биотехнологии, випуск 2013
13 сеп 2016 в 09:43 студент на 33 години от Варна - ТУ Варна, факулетет - тмммм, випуск 2016
 
 
Онлайн тестове по Електромеханични системи и устройства
Тест по магнитно-измервателни преобразуватели
тематичен тест по Електромеханични системи и устройства за Студенти от 2 курс
Тест върху материала за магнитно-измервателни преобразуватели, квантови, фероиндукционни и др. преобразуватели. Въпросите имат само един верен отговор
(Труден)
9
4
1
1 мин
10.09.2013
Тест по електрически машини и апарати за 10-ти клас
междинен тест по Електромеханични системи и устройства за Ученици от 10 клас
Междинен тест по предмета Електрически машини и апарати за 10 клас на Профилирани гимназии. Тестът съдържа 10 въпроса, всеки от които има само един верен отговор.
(Лесен)
10
29
1
1 мин
18.08.2014
» виж всички онлайн тестове по електромеханични системи и устройства

Предмет на електрохимията. Електрохимични системи

Материал № 592732, от 08 яну 2011
Свален: 82 пъти
Прегледан: 231 пъти
Предмет: Електромеханични системи и устройства
Тип: Тема
Брой страници: 39
Брой думи: 10,774
Брой символи: 69,515

Потърси помощ за своята домашна:

Имаш домашна за "Предмет на електрохимията. Електрохимични системи"?
Намери бързо решение, с помощтта на потребители на Pomagalo.com:

Последно видяха материала