Электрохимические системы

Электрохимические системы – системы, состоящие из окислителя и восстановителя, обменивающиеся между собой электронами. К ним относятся окислительно-восстановительные реакции (см. раздел 1), химические источники тока, электролиз и другие.

Гальванические элементы.

Гальванический элемент (ГЭ) – химический источник ток - устройство (гальваническая ячейка), в котором энергия химической о/в реакции превращается в электрическую. Основа ГЭ – электроды; один содержит окислитель, другой – восстановитель. Электроды контактируют с ионопроводящим материалом – электролитом. Электрод, на котором в ходе реакции происходит процесс окисления, называется анодом; электрод, на котором осуществляется восстановление – катодом. Максимальное напряжение гальванического элемента, отвечающее обратимому протеканию происходящей в ней реакции, называется электродвижущей силой (ЭДС) элемента.

ЭДС⁰₂₉₈ = Е⁰_катода – Е⁰_анода,

где Е⁰, ЭДС⁰₂₉₈ – значения стандартного потенциала электрода и ЭДС ГЭ,

измеренные в стандартных условиях (25⁰С, 101 кПа,

концентрация раствора собственных солей 1 моль/л)

Катодом будет являться электрод с наиболее положительным значением Е⁰. Например, ЭДС ГЭ, составленного из медного (катод) и цинкового (анод) электродов, равна

ЭДС⁰₂₉₈ = Е⁰_Cu – Е⁰_Zn = 0,34 – (-0,76) = 1.1 (В)

Электролиз

Электролиз – химические реакции, протекающие под действием постоянного электрического тока на электродах, помещенных в раствор, расплав или твердый электролит.

В электрическом поле положительно заряженные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательно заряженные (анионы) - к аноду. На катоде (электроду, подключенному к отрицательному полюсу источника тока) происходит

восстановление, на аноде – окисление ионов или молекул, входящих в состав электролита. Количество образовавшихся на электродах веществ и количество пропущенного электричества связаны законами Фарадея.

Обычно электролиз осуществляется в электролитических ячейках – электролизерах В результате электролиза электрическая энергия.превращается в химическую.

Коррозия металлов

Коррозия – это разрушение металла в результате его физико-химического взаимодействия с окружающей средой. При этом металл окисляется и образуются продукты, состав которых зависит от условий коррозии.

По механизму протекания коррозионного процесса, зависящего от характера внешней среды, с которой взаимодействует металл, различают химическую, биохимическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия обусловлена воздействием на металлы неэлектролитов в отсутствии воды. При этом происходит прямое гетерогенное взаимодействие металла с окислителем среды, например, окисление металла кислородом воздуха при высоких температурах или в агрессивных жидкостях –

неэлектролитах, таких как нефть и др.

Биохимическая коррозия вызывается жизнедеятельностью различных микроорганизмов, использующих металл как питательную среду или выделяющих продукты, разрушающе действующие на металл.

Электрохимическая коррозия характерна для сред, имеющих ионную проводимость. При этом происходит анодное растворение металла и катодное восстановление окислителя. Она происходит в растворах электролитов – водных растворах солей, кислот и щелочей, в морской воде, в атмосфере любого влажного газа, в почве. Особый вид электрохимической коррозии – коррозия за счет внешнего электрического тока, например коррозия подземных металлических сооружений. Процессы электрохимической коррозии подобны процессам, протекающим в ГЭ при отсутствии внешней цепи. При этом анодом является металл с наименьшим значением Е⁰ и он окисляется (разрушается). Катодом является среда – электролит или металл с наибольшим значением Е⁰, находящиеся в контакте с анодом. На катоде происходит процесс восстановления.

Для пищевых производств наиболее характерна электрохимическая коррозия.

Защита от коррозии

Выбор способа защиты определяется его эффективностью и экономической целесообразностью. Для защиты могут быть использованы способы легирования (введения веществ, вызывающих пассивность металлов), нанесения защитных покрытий из эмалей или красок, электрохимической защиты. Последняя осуществляется присоединением к защищаемой конструкции протектора (более активного металла). Важным методом борьбы с коррозией металлов является снижение агрессивности сред за счет деаэрации растворов или применения ингибиторов коррозии – специально добавляемых органических веществ, замедляющих процесс коррозии.

Тренировочные задания

Вопрос

Ответ

1.Сколько граммов воды и хлорида натрия надо взять для приготовления 500 г 5% раствора? 2.Определите рН 0,001м растворов HCl и КОН. 3. Какая среда (нейтральная, кислая, щелочная) в растворах а) КСl; б) ZnCl2; в) К2CO3? 4.Напишите молекулярные и сокращенно-ионные уравнения между карбонатом калия и уксусной кислотой, между хлоридом меди (II) и гидроксидом калия. 5.Что является окислителем и восстановителем в ГЭ, составленном из олова и серебра, которые погружены в нормальные растворы их солей? Какие процессы происходят на катоде и аноде? Рассчитайте ЭДС ГЭ в стандартных условиях. 6.Какой процесс можно использовать для очистки: а) природных вод от коллоидных примесей; б) для очистки дымовых газов предприятий?

Дата добавления: 2014-12-27