Аккумуляторы: виды, устройство, принцип работы, уравнения процессов при заряде и разрядке, достоинства и недостатки (на примере кислотных и щелочных аккумуляторов)

Аккумуляторы – устр-ва где эл эн – в хим и наоборот. Под возд внешн ист тока эн-я вначале накапливается (аккумулируется - зарядка), а затем расходуется, т.е. превращается в эл-ю. Проц зар(как электролизер) и разр(как ГЭ работает) повторяются многокр. Кислотн Устр-во: Пластмасс бачок, в к-м располож ряды электродов в виде свинц решеток, в к-е запрессован оксид свинца PbO. Заполнен эл-том с ω=30-40%,(если выше – падает эл-пров-ть- оптимально 32-39%) т.е. Плотн=1,27-1,31. Сам сосуд – пластм коробка – кислотоупорный мат – эбонит, полипропилен. СЕПАРАТОРЫ – разделители из изолир материалов, помещаются между пластинами-фиксируют расст межд эл-дами и удерживают активн массу. PbO+H2SO4=PbSO4+H2O. Далее формирование эл-дов, многократно повт зарядки и разрядки – образуется разрыхленная акт масса, покрывающ эл-ды в виде PbSO4 с большой сильноразвитой пов-тью. Зарядка: (-)K PbSO4+2e=Pb⁰+ SO^2-₄ (+)A: PbSO4-2e+2H₂o= Pb⁺⁴O₂+ SO^2-₄+4H⁺ Сумм Ур-е зарядки ак-ра: 2PbSO4+ 2H2O= Pb⁰+Pb⁺⁴O₂+2H₂SO₄ Далее работает ГЭ: Эл-ды из Pb и PbО2 –выраб ток. Проц при разр: (-)А Pb⁰-2e+ SO^2-₄ = PbSO4 (+)К Pb⁺⁴O₂+2e+ 4H⁺+SO^2-₄= PbSO4+2H₂o В рез-те акт масса на «-» становится пористой массой свинца. Сум Ур-е разрядки: Pb⁰+Pb⁺⁴O₂+2H₂SO₄=2PbSO4 + 2H2O Напряж при заряде с течением времени достигает значений дост для разлож воды на А-О2, на К – Н2. Пузырьки()закипание – признак окончания заряда свинц акк-ра. Плюс Прост устройство, КПД 80%, Высок ЭДС, Дешевый Минус Тяжелый, Невысок эн-я, Взрывоопасен при долг и неправ работе, Склоен к саморазрядке. Щел АК-РЫ +(К) метагидроксид никеля, -(А) кадмий(или железо) Эл-т – 20-23% р-р КОН. 2H2O+ 2NiOOH+Cd=2Ni(OH)2+Cd(OH)2 (вправо – разряд, влево-заряд) (Fe-тогда все тоже, и коэф-ты.) Ni-Fe Щел ак-ры – дешевле, хуже показатели на ед массы- питание электро-паровых погрузчиков, рудничных электровозов. – приемники, магнитофоны, эл аппаратура.

Химические источники тока. Марганцево-цинковый первичный элемент: устройство, уравнения процессов, достоинства и недостатки.

ХИТы-хим ист тока. Устр: Медно-цинк стакан – Анод, Катод – смесь MgO2 с графитом. Токоотвод из графита с метал колп. Эл-т – NH4Cl +крахмал или др загуститель (паста). Zn|Zn²⁺| NH4Cl +крахмал| MnO2, C A: Zn⁰-2e=Zn²⁺ K: MnO2+ e+NH4⁺= MnOOh+ NH3 ТОР: Zn⁰+ 2 MnO₂+ 2NH⁺₄= Zn²⁺+2MnOOH+2NH₃ NH3 – внутр сфера комплексн иона цинка. КЧ Zn =4(или 6) Если удвоить коэфф и дописать противоионы – Связать ионы в молек, то - 2Zn+4MnO₂+ 4 NH₄Cl= [Zn(NH₃)₄]Cl₂+ 4MnOOH+ ZnCl_2. МЦЭ – Для питания радиоаппаратуры, связи и в кач-ве батареек для карм фонариков, магнитофонов. Эл-ть – кол-во эл-ва, к-е отдает ист тока при разрядке. Зависит от природы, массы, степ превращ реаг-в. Энерг – произвед емк на напряж. Уд эн-я – эн-я, отнесенная к ед массы. Сохраняемость – срок хранения ГЭ при к-м хар-ки остаются в заданных пределах. Ухудшение – из-за коррозии… Если эл-т взять КОН – уд эн возраст. Если нужна высокая сохранность – использ Zn|Zn²⁺|KOH|HgO, C Еще ГЭ в слух апп и кардиостимулят, из сохр экологии – меньше исп Hg ищут замену.В часах – индий. Li – больше всего исп, но при контакте с водой – саморазрядка

Высокомолекулярные соединения. Полимеры и олигомеры. Получение полимеров: реакции полимеризации и поликонденсации (на примерах). Строение полимеров. Степень полимеризации. Термопластичные и термореактивные полимеры, их особенности.

(Со-когда неск видов мономеров)Полимеризация- р-я многократн присоед молек моном за счет разрыва двойн/тройн связей или размыкания цикла мономеров без выдел поб прод. Поликонденсация – р-я образ полимера за счет взаимод функц групп мономеров, к-я сопровожд выделением побочн соед (H2O, NH3, HCl..) ВМС – гибкие, диэлектр, нелетучи, анизотропия, Высокая энергия межмолек взаимодействия, высокая прочность, хим стойкость к агр средам, низк теплопров, термостойкость, Полупров св-ва.

Свойства и области применения основных полимеров на примере полиэтилена, полипропилена, полисторола, поливинилхлорида, фторопласта, фенопласта, дивинилового и изопренового каучуков, капронового волокна.

В настоящее время широко применяется большое количество различных полимеров.

Физические и химические свойства некоторых термопластов приведены в таблицах:

Физические свойства некоторых полимеров

Свойство	Полимер
полиэтилен	полипропилен	полистирол	поливинилхлорид	полиметилметакрилад	политетрафторэтилен
Плотность г/см3	0,91-0,97	0.90-0.92	1.04 – 1.05	1.35-1.43	1.19	2.15-2.24
Температура стеклования, оС	102-137*	160-175*	82 -95	75-80	115 – 120	327*
Предел прочности при растяжении МПа	7-45	24 - 40	40 – 50	40-60	78	14-29
Относительное удлинение при разрыве %	100-1200	200 – 800	---	---	---	250-500
Удельное электрическое сопротивление Ом*см	1017 - 1018	1017	1014 - 1016	1014 - 1016	1011 - 1012	1015 - 1018
Диэлектрическая проницаемость	2,2 – 2,4	---	2.5 – 2.6	3.5 - 4.5	2.8 - 3.5	1,9-2,2

 

Химические свойства некоторых полимеров

Свойство	полимеры
полиэтилен	полистирол	поливинилхлорид	полиметилметакрилад	силиконы	фторопласты
Устойчивость к действию:
а) растворов кислот	Стоек	Стоек в слабых растворах	Стоек	Стоек в минеральных кислотах	стойки	Стоек
б)растворов щелочей	Стоек	Стоек в слабых растворах	Стоек	Стоек	Не стойки	Стоек
в)окислителей	стареет	Стоек	Стоек	Стоек	стойки	Стоек
Растворимость в углеродах:
а) алифатических	Набухает	Набухает	Не растворяется	Стоек	Растворяются	Стоек
б) ароматических	Растворяется при нагреве	Растворяется	Не растворяется	Растворим	Растворимы	Стоек
Растворители	Бензол при нагревании	Спирты, эфиры, стирол	Тетрагидрофуран, дихлорэтан	Дихлорэтан, кетоны	Эфиры, хлороуглеводороды	Растворы некоторых комплексов

Полиэтилен _n – термопласт, получаемый методом радикальной полимеризации при температуре до 320 ^оС и давлении 120 – 320 МПа (полиэтилен высокого давления) или при давлении до 5 МПа с использованием комплексных катализаторов (полиэтилен низкого давления). Полиэтилен низкого давления имеет более высокие прочность, плотность, эластичность и температуру размягчения. Полиэтилен химически стоек во многих средах, но под действием окислителей стареет. Хороший диэлектрик, может эксплуатироваться в пределах температур от – 20 до + 100 ^оС. Облучение может повысить теплостойкость полимера. Изготавливают трубы, электротехнические изделия, детали радиоаппаратуры, изоляционные плёнки и оболочки кабелей, плёнки. Упаковочный материал. Заменители стеклотары.

Полипропилен - _n – кристаллический термопласт, получаемый методом стереоспецефической полимеризации. Обладает высокой термостойкостью (до 120 – 140 ^оС), чем полиэтилен. Имеет высокую мехническую прочность, стойкость к многократным изгибам и истиранию, эластичен. Применяется для изготовления труб, плёнок, аккумуляторных баков и др.

Полистирол – термопласт, получаемый радикальной полимеризацией стирола.

 

- СН – СН-

I

n

Полимер стоек к действию окислителей, но не устойчив к воздействию сильных кислот, он растворяется в ароматических растворителях, высокая механическая прочность и диэлектрические свойства. Высококачественный электроизоляционный, конструкционный и декоративно-отделочный материал в приборостроении, электротехнике, радиотехнике, бытовой технике. Гибкий эластичный – оболочки кабеля. На его основе выпускают пенопласты.

Поливинилхлорид - _n – термопласт, изготавливаемый полимеризацией винилхлорида, стоек к воздействию кислот, щелочей и окислителей. Растворим в циклогексаноне, тетрагидрофуране, ограничено в бензоле и ацетоне. Трудногорюч, механически прочен. Диэлектрические свойства хуже чем у полиэтилена. Изоляционный материал. Который можно соединять сваркой. (грампластинки, плащи, трубы…)

Политетрафторэтилен (фторопласт) - _n – термопласт, получаемый методом радикальной полимеризации тетрафторэтилена. Обладает исключительной химической стойкостью к кислотам, щелочам и окислителям. Диэлектрик. Диапазон эксплуатации (от - 270 до + 260 ^оС). При 400 ^оС разлагается с выделением фтора, не смачивается водой. Используется для нанесения антифрикционных, гидрофобных и защитных покрытий, покрытий сковородок.

Фенопласты – пластмассы на основе фенолоформальдегидных смол. Наполнителями для них служат бумага или картон (гетинакс), ткань (текстолит), древесина, кварцевая и слюдяная мука и др. Стойки к воздействию воды, кислот, солей и оснований, органических растворителей, трудногорючи, атмосферостойки, диэлектрики. (Используются - печатные платы, корпуса электро и радиотехнических изделий, фольгированных диэлектриков…)

Волокна: 1. ацетатное – горит быстро, образуя нехрупкий спёкшийся шарик тёмно-бурого цвета. 2. капрон – плавится, образуя твёрдый блестящий шарик тёмного цвета, распространяя неприятный запах

 

Волокно	Действие растворов (при комн. Температуре)
HNO3,	H2SO4,	NaOH, 10% р-р
ацетатное	Растворяется	Растворяется	Образуется желтоватый оттенок
капрон	Растворяется, образуя бесцветный раствор	Не растворяется

Синтетические каучуки:

Натуральный каучук – цис- полиизопрен, т.е. полимер, элементарные звенья которого соответствуют изопрену (2-метилбутадиену – 1,3) и находятся в цисконфигурации.

Каучук в котором все элементарные звенья находятся или в цис- или в трансконфигурации, называется стереорегулярным.

При нагревании каучука с серой (до 8%) образуется резина, происходит сшивание полимерных цепей за счет сульфидных мостиков, а это приводит к увеличению прочности, устойчивости к истиранию, к действию органических растворителей и др-х веществ.

Русский химик С.В. Лебедев разработал технологически удобный способ синтеза синтетического каучука (полибутадиенового).

Сейчас есть несколько видов синтетического каучука в них в качестве мономеров используют изопрен, бутадиен, хлоропрен, стирол и т.д.

Есть резины на основе сополимеров алкадиенов с сопряжёнными двойными связями и производных алкенов.

Свойства: морозоустойчивость, прочность и эластичность, масло-бензостойкость, пониженная газопроницаемость, устойчивость к действию ультрафиолета, окислителей.