КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Электрохимические генераторы
Химический источник тока (генератор) – это устройство, в котором химическая энергия напрямую превращается в электрическую. Основой работы химического генератора является химическая реакция взаимодействия окислителя и восстановителя. В процессе взаимодействия окислитель восстанавливаясь присоединяет электроны, а восстановитель, окисляясь отдает электроны. Рассмотрим явления, происходящие при опускании цинкового (Zn) электрода в раствор сернокислого цинка (ZnSO4). Молекулы воды (H2O) стремятся окружить положительные ионы цинка в металле (см. рис.163). В результате действия электростатических сил положительные Рис. 163 Расположение электрических зарядов вблизи цинкового электрода. ионы цинка переходят в раствор сернокислого цинка. Этому переходу способствует большой дипольный момент молекул воды. По мере перехода положительных ионов металла в раствор появляется и увеличивается отрицательный потенциал на цинковом электроде, препятствующий дальнейшему растворению цинкового электрода. При некотором потенциале электрода наступает динамическое равновесие, т.е. два встречных потока ионов (от электрода в раствор и обратно) становятся одинаковыми. Этот потенциал называют электрохимическим потенциалом металла относительно данного электролита. 1. Анод представляет собой цилиндр из цинка (Zn), который служит оболочкой элемента. 2. Катод - графитовый стержень. 3. Активная масса (прессованная), содержит диоксид марганца (MnO2 + графитовая сажа +NH4Cl (хлорид аммония). Вся эта активная масса обернута полотном и перевязана ниткой. 4. Пространство между внутренней и наружной стенками цилиндра заполнено электролитической массой из муки и клееобразующих веществ + раствор NH4Cl + цинковый порошок. Сверху элемент заливается смолой для герметизации. Напряжение порядка 1,5В. Основным окислительно-восстановительным процессом является химическая реакция Zn + 2NH4Cl + 2MnO2→Zn (NH4)2Cl2 + Mn2O3 + H2O т.е. работа элемента связана с растворением цинка и восстановлением диоксида марганца. В конструкции сухого элемента отсутствуют жидкости и хрупкие стеклянные части. Со временем разрушается только цинковая оболочка. Каждый окислительно-восстановительный процесс имеет начало и конец. Отработав определенное время, элемент истощается и его напряжение падает, один из электродов полностью растворяется. Например, растворяется цинковая оболочка и часть электролитной пасты может просочиться наружу. Использовать в дальнейшем сухой элемент нельзя, хотя в нем еще есть металлы, соли, окислы и другие составные части. Примером другой химической реакции является взаимодействие диоксида свинца (PbO2) и свинца в свинцовом аккумуляторе (применяемом в автомобилях), заполненном электролитом (25-30% водный раствор серной кислоты (H2SO4). При этом важным моментом является пространственное разделение процессов окисления и восстановления. Для этого создаются два электрода различной природы, погруженные в электролит. Электродами называют электронные проводники, имеющие вывод в аккумуляторе и контактирующие с электролитом. Рассмотрим явления, происходящие при опускании свинцового (Pb) электрода в раствор серной кислоты (H2SO4) (рис.164). Ионы SO4 -2 стремятся окружить положительные ионы свинца в металле В результате действия электростатических сил положительные ионы свинца переходят в раствор серной кислоты. Этому переходу способствует большой дипольный момент иона SO42-. По мере перехода положительных ионов металла в раствор появляется и увеличивается отрицательный потенциал на свинцовом электроде, препятствующий дальнейшему растворению свинцового электрода. При некотором потенциале электрода наступает динамическое равновесие, т.е. два встречных потока ионов (от электрода в раствор и обратно) становятся одинаковыми. Этот потенциал называют электрохимическим потенциалом металла относительно данного электролита. Рис.164 Схема гальванического элемента. На отрицательном электроде окисляется свинец Ион свинца переходит в электролит, взаимодействует с ионом SO4 и осаждается на аноде в виде малорастворимого сульфата свинца PbSO4. На положительном полюсе восстанавливается диоксид свинца по схеме PbO2 + 4H+ + 2e→ Pb2+ +2H2O И образующиеся ионы Pb2+ осаждаются на поверхности катода в виде PbSO4. Суммарной реакцией является реакция типа Pb +PbO2 + 4Н+ +2SO42- → 2PbSO4 + 2H2O В данной реакции восстановителем является - свободный металл, а окислителем - ионы четырехвалентного свинца Pb+4, входящие в состав диоксида свинца. Они обмениваются между собой электронами и образуются ионы двухвалентного свинца Pb+2. Различие в электродном материале, а значит и разность электродных потенциалов постепенно уменьшаются. Если этот процесс будет идти до конца, она исчезает совсем. Но этого мы не допустим. После работы в течение определенного времени аккумулятор надо зарядить. При зарядке он играет роль потребителя электрической энергии. Подключим его к клеммам выпрямителя тока и заставим те же самые процессы протекать в обратном направлении. На одном электроде восстанавливается свинец с нулевой валентностью (металл), а на другом - четырехвалентный. Свинцовый аккумулятор прост в эксплуатации и обладает устойчивым режимом работы. Его напряжение 2В. Конструируют аккумуляторные батареи, содержащие 2, 4, 6, 8 и более ячеек. Такие батареи используют в двигателях внутреннего сгорания, электромобилях и т.д. Удобно работать с такими батареями. Нет ни дыма, ни выхлопных газов.
Дата добавления: 2015-05-06; Просмотров: 491; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |