Классификация гальваническиз элементов

Гальванические первичные элементы -это устройства для прямого преобразования химической энергии, заключенных в них реагентов (окислителя и восстановителя), вэлектрическую. Реагенты, входящие в состав источника, расходуются в процессе его работы, и действие прекращается после расхода реагентов. Примером гальванического элемента является элемент Даниэля –Якоби.

Широкое распространение получили марганцево-цинковые элементы, не содержащие раствора электролита (сухие элементы, батарейки). Так, в солевых элементах Лекланше цинковый электрод служит анодом, электрод из смеси диоксида марганца с графитом служит катодом, графит служит токоотводом. Электролитом является паста из раствора хлорида аммония с добавкой муки или крахмала в качестве загустителя.

Щелочные марганцево-цинковые элементы, в которых в качестве электролита используется паста на основе гидроксида калия, обладают целым рядом преимуществ, в частности существенно большей ёмкостью, лучшей работой при низких температурах и при больших токах нагрузки.

Солевые и щелочные элементы широко применяются для питания радиоаппаратуры и различных электронных устройств.

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. Одним из наиболее распространенных аккумуляторов является свинцовый (или кислотный). Электролитом является 25-30 % раствор серной кислоты. Электродами кислотного аккумулятора являются свинцовые решетки, заполненные оксидом свинца, который при взаимодействии с электролитом превращается в PbSO₄.

Также существуют щелочные аккумуляторы. Наибольшее применение получили никель-кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы, в которых электролитом служит KOH.

В различных электронных устройствах (мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки), в основном, применяются литий-ионные илитий-полимерные аккумуляторы, характеризующиеся высокой ёмкостью и отсутствием эффекта памяти.

Электрохимические генераторы (топливные элементы) -это элементы, в которых происходит превращение химической энергии в электрическую. Окислитель и восстановитель хранятся вне элемента, в процессе работы непрерывно и раздельно подаются к электродам. В процессе работы топливного элемента электроды не расходуются. Восстановителем является водород (H₂), метанол (CH₃OH), метан (CH₄) в жидком или газообразном состоянии. Окислителем обычно является кислород воздуха или чистый. В кислородно-водородном топливном элементе со щелочным электролитом происходит превращение химической энергии в электрическую. Энергоустановки применяются на космических кораблях, они обеспечивают энергией космический корабль и космонавтов.

Применение.

Батарейки используются в системе сигнализации, фонарях, часах, калькуляторах, аудиосистемах, игрушках, радио, автооборудовании, пультах дистанционного управления.

Аккумуляторы используются для запуска двигателей машин, возможно так же и применение в качестве временных источников электроэнергии в местах, удаленных от населенных пунктов.

Топливные элементы применяются в производстве электрической энергии (на электрических станциях), аварийных источниках энергии, автономном электроснабжении, транспорте, бортовом питании, мобильных устройствах.

 

Коррозия металлов.

Коррозия -это самопроизволное разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Формы проявления коррозии разнообразны. Процесс разрушения металлов можно классифицировать по условиям, характеру разрушения и механизму протекания.

По условиям протекания различают газовую, атмосферную, жидкостную, подземную, биокоррозию, коррозию внешними токами и т.д.

По характеру разрушения возможна сплошная, равномрня, неравномерная, избирательная, местная коррозияи т.д.

По механизму протекания коррозия мот бь химическая и электрохимическая.

Химическая коррозия - это окисление металлов, не сопровождающееся возникновением электрического тока. Первопричиной разрушения является термодинамическая неустойчивость металла в различных средах, при этом металл самопроизвольно переходит в более устойчивое окислённое состояние Me(+n). Химическая коррозия возникает в сухих газах и жидких неэлектролитах (бензин, нефть и др.)

Электрохимическая коррозия - протекает в электролитах и сопровождается возникновением электрического тока. Так как любой металл содержит примеси, то в среде электролита между основным металлом и примесным образуется большое число микрогальванических элементов. Аналогично при контакте двух различных металлов образуется микрогальвонический элемент. Работа этих гальванических элементов объясняется разностью стандартных электродных потенциалов (φ°) металлов. Более активный металл,имеющий меньшее значение φ°, является анодом, он окисляется, коррозирует. Менее активный металлл будет катодом, он коррозии не подвергается, а служит проводником электронов от анода к окислительному элементу коррозийной среды. На катоде происходит процесс восстановления, который называется катодной деполяризацией.

Деполяризаторами являются кислород и водород. В кислой среде или атмосфере, загрязненной SO2, H2S, CO2, происходит водородная деполяризаци+я. В общем виде катодный и анодный процесс записывают следующим образом:

А: Me°- ne →Me⁺ⁿ

K: 2H⁺ + 2e→H2↑

Кислородная деполяризация протекает в грунте, воде, найтральных растворах, щелочных средах:

А: Me°- ne →Me⁺ⁿ

К: О2+2Н2О+4е→4ОН^-

Анодное окисление и катодная деполяризация называются первичными процессами коррозии. Если первичные продукты при взаимодействии между собой образуют малорастворимое соединение, то происходит вторичный процесс.

Например, коррозия оцинкованного железа описывается так: из таблицы выписываем значения стандартных электродных потенциалов Fe и Zn:

φ°(Zn⁺²/Zn⁰)=-0,76 B φ°(Fe⁺²/Fe⁰)= -0,44 B

Более активным является цинк, он будет анодом, а значит, окисляется; менее активный металл - железо служит катодом, на нем происходит в кислой среде:

А: Zn⁰ - 2e→Zn⁺²

К: 2H⁺ + 2e→H2⁰↑

в нейтральной и щелочной средах:

А: Zn⁰ - 2e→ Zn⁺²

К: O2⁰ + 2H2O + 4e →4OH^-

Вторичный процесс:

Zn⁺² + 2OH^- →Zn(OH)2↓

Плёнки вторичных продуктов обладают защитным действием по отношению к металлам.

Вещества, замедляющие процесс коррозии, называются пассиваторами. К ним относятся окислители: HNO3, NaNO3, K2CrO4 и др. Активаторами (ускорителями) коррозии являются H2S, Na2SO3, Na2S2O3, H⁺, Cl^-, Br^-, I^-,SO4^-2.