Их виды, преимущества и недостатки

гальванические элементы	первичные ХИТ	из-за необратимости протекающих в них реакций невозможно перезарядить
электрические аккумуляторы	вторичные ХИТ	перезаряжаемые гальванические элементы, которые с помощью внешнего источника тока (зарядного устройства) можно перезарядить
топливные элементы	электрохимические генераторы	устройства, подобные гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне, а продукты реакций удаляются из него, что позволяет ему функционировать непрерывно

Преимущества

Недостатки

Гальванические элементы как источники электрической энергии обладают существенными преимуществами: они могут быть различных размеров и форм, не имеют макроскопически подвижных, подверженных износу частей, относительно легки и автономны, мало чувствительны к вибрации и колебаниям температуры, работают бесшумно, хорошо регулируются. Их КПД довольно высок (до 90%), так как превращение химической энергии в электрическую совершается в них без промежуточной тепловой стадии, а электродные процессы в некоторых случаях близки к обратимым.

Существенным недостатком гальванических элементов является саморазряд - расходование ими электрохимически активных веществ при отсутствии внешнего тока.

Возникновение скачка потенциала на границе металл-электролит:

Равновесный электродный потенциал, его зависимость от концентрации (уравнение Нернста):

Равновесным электродным потенциалом называется разность потенциалов между электродом - и раствором при установившемся динамическом равновесии. Зависимость равновесных электродных потенциалов от концентрации их собственных ионов в растворе выражается формулой Нернста.

Уравнение Нернста:

или упрощенная приближенная формула

Устройство гальванических элементов:

Гальвани́ческий элеме́нт — химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока.

Процессы, происходящие на электродах элемента:

Все электрохимические реакции происходят при протекании электрического тока в цепи. Непрерывность протекания тока в цепи обеспечивается только тогда, когда происходят процессы на электродах, т.е. на границе металл ‒ электролит.

Электродные процессы– процессы, связанные с переносом зарядов через границу между электродом и раствором.

Катодные процессы связаны с восстановлением молекул или ионов реагирующего вещества, анодные – с окислением реагирующего вещества и с растворением металла электрода.

Электрохимические схемы гальванических элементов:

На рисунке показана схема гальванического элемента, т.е. установки, делающей возможной такую передачу электронов по проводу. В гальваническом элементе происходит непосредственное преобразование энергии химической реакции в электрическую энергию.

Определение стандартных электродных потенциалов:

Чтобы определить стандартный электродный потенциал металла, измеряют ЭДС гальванического элемента, один из электродов которого – исследуемый металл, погруженный в раствор его соли (при концентрации 1 моль/л), а второй электрод – эталонный (его еще называют водородным).

Таким образом, все электродные потенциалы – не абсолютные, а относительные, измеренные для гальванической пары металл – водород (потенциал стандартного водородного электрода принимают равным нулю). Измеренные в таких условиях потенциалы различных металлов всегда будут постоянными, они занесены во все справочники и приводятся обычно для температуры 25 ). Электродные потенциалы самых активных металлов, реагирующих с водой, получены косвенным путем.

Типы гальванических элементов:

1) Гальванические первичные элементы - это устройства для прямого преобразования химической энергии, заключенных в них реагентов (окислителя и восстановителя), в электрическую.

2) Вторичные источники тока (аккумуляторы) - это устройства, в которых электрическая энергия внешнего источника тока превращается в химическую энергию и накапливается, а химическая – снова превращается в электрическую.

3) Электрохимические генераторы (топливные элементы) - это элементы, в которых происходит превращение химической энергии в электрическую.

Стандартный водородный электрод:

Стандартный водоро́дный электро́д — электрод, использующийся в качестве электрода сравнения при различных электрохимических измерениях и в гальванических элементах.

Электрохимический ряд напряжений:

Электрохимический ряд напряжений - последовательность расположения электродов в порядке возрастания их стандартных электродных потенциалов.

Электрохимический ряд напряжений позволяет судить о термодинамической возможности протекания тех или иных электродных процессов.

Металлические электроды в водном растворе электролита образуют следующий электрохимический ряд напряжений:

Li, К, Rb, Ba, Sr, Ca, Na, Се, Mg, Be, Al, Ti, Mn, V, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H₂, Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, O₂, Au.

Явление поляризации:

При смещении потенциала электрода в положительную или в отрицательную сторону на нем начинают протекать процессы окисления или восстановления. Отклонение потенциала электрода от его равновесного значения называется электрохимической поляризацией или просто поляризацией.

Поляризация препятствует протеканию тока.

Деполяризация:

Деполяризация — снижение или устранение поляризации электродов при работе химических источников тока и при электролизе под влиянием деполяризаторов — веществ, вводимых в электролит или в состав электродов. В качестве деполяризаторов катода используются окислители, анода — восстановители. Деполяризаторы либо сами участвуют в электродном процессе, либо увеличивают скорость процесса и тем самым снижают поляризацию электрода.

БИЛЕТ

Электрохимическая коррозия:

Электрохимическая коррозия — это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала.

Ее виды и механизм протекания:

К электрохимической коррозии относятся такие виды местных разрушений, как

· питтинги,

· межкристаллитная коррозия,

· щелевая.

Механизм электрохимической коррозии связан с возникновением и работой на поверхности металла во влажной среде микрогальванических элементов. Коррозия осуществляется в результате осуществления анодного (коррозионное окисление металла) и катодного (восстановление окислителя, находящегося во влажной среде) процессов. Процессы окисления и восстановления разделены в пространстве и не мешают друг другу. Кроме природы металла, окислителя и содержания последнего на скорость коррозии влияет природа и количество различных примесей, содержащиеся как в самом металле, так и коррозионной среде - в атмосфере или в растворе.

Факторы, влияющие на скорость протекания электрохимической коррозии:

ВНУТРЕННИЕ	ВНЕШНИЕ
· электрохимическая активность металлов · наличие примесей · состояние поверхности · структура	· состав коррозионной среды · pH среды · температура · дифференциальная аэрация

Причины ее возникновения:

Причиной электрохимической коррозии является возникновение на поверхности металла короткозамкнутых гальванических элементов. В тонком слое влаги, обычно покрывающем металл, растворяются кислород, углекислый, сернистый и другие газы, присутствующие в атмосферном воздухе. Это создает условия соприкосновения металла с электролитом. Различные участки поверхности любого металла обладают разными потенциалами. Причинами этого могут быть наличие примесей в металле, различная обработка отдельных его участков, неодинаковые условия (окружающая среда), в которых находятся различные участки поверхности металла. При этом участки поверхности металла с более электроотрицательным потенциалом становятся анодами и растворяются.

Перенапряжение и его роль при коррозии металлов:

Перенапряжение данного электродного процесса – величина поляризации, необходимая для протекания данного электродного процесса с определенной скоростью.

Таким образом, перенапряжение выделения водорода на различных металлах различно.

Перенапряжение зависит от температуры, природы электродного материала и состава раствора. Перенапряжение необходимо для ускорения нужной электродной реакции. Если скорость электродной реакции в целом определяется скоростью собственно электрохимической стадии, связанной с переносом заряда, то перенапряжение усиливает электрическое поле, действующее на разряжающиеся частицы, благодаря чему снижается энергия активации разряда. Поскольку электрическое поле в значительной степени обусловлено строением двойного электрического слоя, перенапряжение оказывается зависящим от концентрации постороннего электролита и адсорбирующихся веществ, влияющих на распределение потенциала в двойном слое. На повышении перенапряжения основано действие многих ингибиторов коррозии металлов, что является одной из положительных сторон перенапряжения. В то же время перенапряжение в промышленном электролизе, неизбежно связанное с дополнительным расходом энергии, приводит к увеличению себестоимости продукции.

Методика расчета возможности коррозии металлов и их сплавов в конкретных условиях:

1) Определить катод и анод (при условии, что )