Химические цепи.

Состоят из двух электродов, причем один из них обратим относительно катиона (электрод Iрода), а другой относительно аниона.

Примером химической реакции являются различные аккумуляторы – накопители электрической энергии в виде химической. Они могут быть щелочными и кислотными.

Рассмотрим кислотный свинцовый аккумулятор:

Отрицательным полюсом (анодом) служит свинцовый электрод. Положительным полюсом (катодом) является электрод из диоксида свинца (PbO2), который в виде пасты заполняет ячейки свинцовой решетки. В качестве электролита используют 25 – 30% р-р серной кислоты.

(-) Pb,PbSO4 Сульфат свинцовый эл-д обратимый, относит. аниона SO4

H2SO4 25÷30 %

PbO2, Pb (+) Свинцовоокисный H3O кислоты

Аккумуляторы – гальванические элементы, допускающие многоразовое использование.

Токообразующие вещества в аккумуляторах могут образовываться при пропускании через аккумулятор постоянного электрического тока от другого источника. Процесс регенерации активных веществ называют зарядом аккумулятора.

Свинцовый аккумулятор

Pb│H2SO4│PbO2│Pb

25 – 30 %

Анодный процесс:

Pb– 2e Pb

Образующиеся ионы Pbосаждаются на поверхности анода в виде малорастворимогоPbSO4

Катодный процесс:

PbO2+ 4H3O+ 2e Pb+ 6H2O

Образующиеся ионы Pbосаждаются на поверхности катода в виде

PbSO4

Тогда суммарная токообразующая реакция:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 2 PbSO4 + 2H2O ЭДС = 2,1 В.

Сущность– более энергетически богатыеPbиPbO2переходят в менее энергетически богатое веществоPbSO4.

Во внутренней цепи происходит перенос ионов. Ионы SO4движутся к аноду, а ионыH- катоду. У анода расходуются анионы, у катода – катионы. Раствор в целом остаётся электронейтральным.

ЭДС зависит от конц. H2SO4и для 25% конц. ~ 2 В. Так какH2SO4при работе связывается, поэтому ЭДС уменьшается. По концентрации кислоты можно судить о степени разряда аккумулятора. На практике измеряется не сама концентрация., а плотность раствораH2SO4.

Недостаток – сравнительно небольшой.

1. Срок службы (из-за постоянной сульфатации электродов – неполное превращение PbSO4вPbиPbO2при заряде)

(2 – 5 лет)

2. Малая удельная ёмкость/на единицу массы (кол-во электричества, которое отдаётся на единицу массы вещества).

3. Особенность электрохимических генераторов состоит в том, что электрохимически активные вещества не закладываются заранее, а подводятся по мере израсходования. Это обеспечивает непрерывность работы.

Свинцовой аккумулятор не должен сильно разряжаться. Если ЭДС падает до 1,8 , то модно считать, что он полностью истощен. В его работе происходит испарение воды и частичное ее разложение, поэтому необходимо добавлять воду в дистиллированную. Всякие примеси снижают КПД. Для зарядки аккумулятора подключают к внешнему источнику тока. При этом ток протекает через аккумулятор в направлении обратном тому, в котором он проходил при зарядке аккумулятора. И электрохимические процессы на электродах обращаются.

Щелочной аккумулятор:

Значительное распространение имеют щелочные железо- или кадмий-никелевые аккумуляторы.

Fe│КОН │NiOOH│NiЭДС = 1,35 - 1,4 А

20%

Fe + 2NiOOH + H2O2 Ni(OH) + Fe(OH)2

Анодом служит Fe(или кадмиевая) пластина. Катод – никель.

Железо – никелевый аккумулятор.

Электролит 20% КОН.

ЭДС = 1,3 В

Обычно они выпускаются в продажу в виде батарей, состоящих из нескольких ячеек, включенных последовательно. В отличии от кислотных, щелочные аккумуляторы могут долго находиться в заряженном и разряженном состоянии. Щелочные дороже Pbаккумуляторов, но они не чувствительны к большим перегрузкам.