20) Гальванический элемент.

Гальванический элемент — химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Назван в честь Луиджи Гальвани.

Обратимые электроды

Электроды 1-го рода - электроды, состоящие из металла погруженного в раствор его соли;

Электроды 2-го рода - электрод, состоящий из металла погруженного в раствор его нерастворимой соли, который содержит общий анион с нерастворимой солью (хлорсеребряный электрод, каломельный электрод, металл-оксидные электроды);

Электроды 3-го рода - электроды, состоящие из двух нерастворимых осадков электролитов, в менее растворимом есть катион, который образуется из металла электрода, а в более растворимом есть общий анион с первым осадком;

Газовые электроды - электроды, состоящие из неактивного металла в растворе и газа (кислородный электрод, водородный электрод);

Амальгамные электроды - электроды, состоящие из раствора металла в ртути;

Окислительно-восстановительные электроды - электроды, состоящие из неактивного металла (ферри-ферро-электрод, хингидронный электрод).

Ионоселективные мембранные электроды

Электроды с ионообменной мембраной с фиксированными зарядами - стеклянный электрод;

Электроды, состоящие из жидких ассоциированных ионитов;

Электроды с мембраной на основе мембраноактивных комплексонов;

Электроды с моно- и поликристаллической мембранами.

21) Коррозия металлов. Виды коррозии. Методы борьбы с коррозией.

Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде: 4Fe + 6Н2О + ЗО2 = 4Fe(OH)3. Гидратированный гидроксид железа Fe(OН)3 и является тем, что называют ржавчиной.

Электрохимическая коррозия

Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией

Водородная и кислородная коррозия

Если происходит восстановление ионов H3O+ или молекул воды H2O, говорят о водородной коррозии или коррозии с водородной деполяризацией. Восстановление ионов происходит по следующей схеме:

2H3O+ + 2e− → 2H2O + H2

или

2H2O + 2e− → 2OH− + H2

Если водород не выделяется, что часто происходит в нейтральной или сильно щелочной среде, происходит восстановление кислорода и здесь говорят о кислородной коррозии или коррозии с кислородной деполяризацией:

O2 + 2H2O + 4e− → 4OH−

Коррозионный элемент может образовываться не только при соприкосновении двух различных металлов. Коррозионный элемент образуется и в случае одного металла, если, например, структура поверхности неоднородна.

Химическая коррозия

Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисления металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).

Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:

1. Конструкционный

2. Активный

3. Пассивный

Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.

Хлорид цинка ZnCl2 – соль слабого основанием Zn(OH)2 и сильной кислотой HCl. При растворении в воде молекулы ZnCl2 диссоциируют на катионы Zn2+ и анионы 2Cl−. В данном случае катионы Zn2+ связывают гидроксильные ионы воды, образуя катионы основной соли ZnOH+. Образование молекул Zn(OH)2 не происходит, т.к. ионы ZnOH+ диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Zn(OH)2. Соль гидролизируется по катиону. Ионно-молекулярное уравнение гидролиза имеет вид:

Zn2+ + H+OH- = ZnOH+ + H+

В молекулярной форме уравнение гидролиза следующее:

ZnCl2 + H2O = ZnOHCl + HCl

В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов водорода, поэтому раствор ZnCl2 имеет кислую реакцию (pH<7).

1. Слева направо по периоду:

металлические свойства простых веществ ослабевают (уменьшаются)

неметаллические свойства усиливаются (увеличиваются)

радиус атома уменьшается (атомное сжатие из-за увеличения заряда ядра)

электроотрицательность элементов возрастает (самый ЭО элемент - фтор)

восстановительные свойства уменьшаются

окислительные свойства увеличиваются

основные свойства оксидов и гидроксидов уменьшаются

Кислотные свойства оксидов и гидроксидовусиливаются

идет увеличение числа электронов на внешнем уровне

увеличивается максимальная валентность элементов

2. Сверху вниз по группе (для главной подгруппы):

металлические свойства простых веществ усиливаются

неметаллические свойства ослабевают

радиус атома увеличивается

электроотрицательность элементов уменьшается

основные свойства оксидов и гидроксидов усиливаются

кислотные свойства оксидов и гидроксидов убывают

Число электронов на внешнем уровне не меняется

3. К основным оксидам относятся оксиды металлов со степенью окисления +1 и +2

4. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов и оксиды металлов со степенью окисления+5, +6, +7

5. К амфотерным оксидам относятся Al2O3, BeO, ZnO, Cr2O3

18) Жесткость воды. Определение, виды жидкости, методы борьбы с жескостью.

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»).

Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:

Ca(HCO3)2 > CaCO3v + CO2 + H2O.

Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.

Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 или гашёной извести Ca(OH)2. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 > 2CaCO3v + 2H2O

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:

3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 > Ca3(PO4)2v + 6NaHCO3

3MgSO4 + 2Na3PO4 > Mg3(PO4)2v + 3Na2SO4

Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдавая ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж. В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.

Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %. Этот метод нашёл наибольшее применение в бытовых системах подготовки питьевой воды. В качестве недостатка данного метода следует отметить необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану.

Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией.