Физические цепи

ГРАВИТАЦИОННЫЕ ЦЕПИ. Такие цепи состоят обычно из двух жидких электродов разной высоты, изготовленных из одного и того же металла. Электроды погружены в раствор соли данного металла. Подобную цепь с ртутными электродами высотой h₁ и h₂ (h₁ > h₂), опущенными в раствор соли ртути HgA, можно представить следующей схемой:

Hg êHgA êHg

(h₁) > (h₂)

Электрод большей высоты (h₁) обладает повышенным запасом свободной энергии по сравнению с электродом менее высоким, поэтому он растворяется с образованием ионов ртути:

Hg (h₁) ® 1/2 Hg₂²⁺ + e,

тогда как на правом электроде, с меньшим запасом энергии, ионы ртути разряжаются и выделяется металлическая ртуть:

1/2 Hg₂²⁺ + e ® Hg (h₂).

Суммарный процесс в гравитационной цепи состоит, следовательно, в переносе ртути от высокого электрода к низкому:

Hg (h₁) ® Hg (h₂).

Этот самопроизвольный процесс продолжается до тех пор, пока высоты электродов не сравняются. Таким образом, гравитационные цепи представляют собой электрохимические системы, в которых механическая энергия, обусловленная разницей электродов по силе тяжести, превращается в электрическую энергию благодаря протекающим в них электрохимическим реакциям.

ЭДС гравитационных цепей зависит от разности высот; она обычно очень мала: составляет, например, для ртути при Dh = 1м всего около 2×10^–5 В. Такие цепи не имеют практического значения, но они интересны тем, что говорят о возможности генерирования электрической энергии в системах с химически одинаковыми электродами.

АЛЛОТРОПИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. Электродами служат две модификации одного и того же металла (М_a и М_b), погруженного в раствор или расплав его ионопроводящего соединения. При данной Т только одна из модификаций устойчива (если это не Т фазового превращения, при которой существуют в равновесии обе модификации), другая находится в метастабильном состоянии. Электрод, изготовленный из металла в метастабильном состоянии (пусть это будет М_b), обладает повышенным запасом свободной энергии. Он играет роль отрицательного электрода элемента и посылает ионы металла в раствор

М_b = М ^{n +} + ne

На электроде, изготовленном из устойчивой a-модификации, происходит разряд металлических ионов

М ^{n +} + ne = М_a

Таким образом, общая реакция в аллотропической цепи

М_b êМА êМ_a

заключается в переносе металла от метастабильной модификации к устойчивой: М_b ® М_a, то есть в электрохимическом превращении неустойчивой модификации в устойчивую. Возникающие разности потенциалов обычно малы, но в некоторых процессах (в частности, в процессах коррозии) их необходимо принимать во внимание.

Физические цепи являются цепями без переноса.

Дата добавления: 2014-01-07