Хімічні джерела електричного струму

Пристрої, які застосовують для безпосереднього перетворення енергії хімічної реакції в електричну енергію, називають хімічними джерелами електричної енергії.

• Гальванічні елементи – це пристрої, що складаються з двох електродів, у яких енергія окисно-відновних реакцій перетворюється на електричну, тобто є джерелом постійного електричного струму. Гальванічний елемент складається з двох електродів, один з яких виконує роль окисника, а інший відновника. Ці електроди називають, відповідно, катодом і анодом. На катоді відбувається процес відновлення окисника, на аноді – окиснення відновника. Гальванічні елементи прийнято позначати електрохімічними схемами. Так, дія мідно-цинкового гальванічного елемента ця схема має вигляд:

(-) Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu (+)

• Паливні елементи – різновид гальванічних елементів, в яких електрична енергія утворюється за рахунок реакції окиснення палива (наприклад, водню). Окисник і відновник безперервно подаються в систему ззовні. Поширення набули воднево-кисневі паливні елементи.

• Акумулятори - гальванічні елементи багаторазового використання, що застосовують як джерело постійного струму Широко використовуються свинцеві акумулятори, які складаються із занурених в розчин сульфатної кислоти свинцевого електрода та електрода з свинцю, вкритого шаром PbO₂ (окислювач). На електроді без покриття відбувається реакція окиснення:

Pb + SO₄^2- - 2ē = PbSO₄

На електроді, вкритому окислювачем, відбувається процес відновлення:

PbO₂ + 4H⁺ + SO₄^2- + 2ē = PbSO₄ + 2H₂O

Сумарна реакція:

PbO₂ + Pb + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄ + 2H₂O

Пропускаючи електричний струм крізь відпрацьований (розряджений) акумулятор, його можна знову повністю регенерувати (заряджати).

Опорний конспект

ТЕМА. ЗАКОН ЕКВІВАЛЕНТІВ.

Еквівалент та еквівалентні маси.

Із закону сталості складу можна зробити висновок, що при взаємодії атоми елементів сполучаються в певних масових співвідношеннях. Ці співвідношення вивчав англійський вчений Дж. Дальтон. Він ввів поняття про еквівалентні (рівноцінні) маси і сформулював закон еквівалентів: маси елементів, що реагують, відносяться між собою, як їхні еквівалентні маси:

,

де m_A, m_B – фактичні маси;

Е_r – еквівалентні маси елементів А і В.

Сучасне визначення закону еквівалентів (Ріхтера - Дальтона) – речовини вступають в хімічну взаємодію у масових кількостях, пропорційних їх еквівалентним масам.

Виходячи з положень атомно-молекулярного вчення, цей закон можна пояснити так. У сучасному розумінні еквівалент – це частина атома, що припадає на одиницю валентності. Відповідно еквівалентна маса – це частина атомної маси, що припадає на одиницю валентності:

.

Наприклад:

(Сa) =

Оскільки в хімічних сполуках між двома елементами загальне число валентностей одного елемента дорівнює загальному числу валентностей іншого елемента, а кожній одиниці валентності відповідає один еквівалент, то й число еквівалентів одного елемента дорівнює числу еквівалентів іншого елемента. Отже, один еквівалент одного елемента реагує без залишку з одним еквівалентом іншого елемента. У цьому полягає перевага поняття „еквівалент”. Його часто використовують на практиці, особливо в аналітичній хімії, хоч саме це поняття є умовним. Оскільки еквіваленти різних елементів реагують у співвідношенні 1:1, співвідношення мас, які реагують без залишку, відповідають відношенню еквівалентних мас цих елементів.

Молярна маса еквівалентів – це маса речовини у грамах, що чисельно дорівнює еквівалентній масі. Наприклад,

О)=8 г/моль

Зі зміною валентності елемента змінюється еквівалент. Так, у сполуці СО

; M(

в СО₂

Еквівалентні маси: М_Е= М.

М_Е(Са) = 20 г/екв;

М_Е(О) = 8 г/екв.

Еквівалентні маси або чисельно рівні з ними молярні маси еквівалентів на практиці визначають, вимірюючи масу (об’єм) кисню або водню, яку приєднує або витискує певна наважка даної речовини, після чого розрахунок ведуть за формулою закону еквівалентів. Знаючи еквівалентну масу елемента і його валентність, відповідно до формули можна розрахувати його атомну масу.

Хімічний еквівалент елемента – така його кількість, яка сполучається повністю з одним молем атомів Гідрогену або заміщує таку ж кількість атомів Гідрогену у хімічних реакціях. У загальному випадку (в т.ч. для складних речовин) – така кількість речовини, що повністю взаємодіє з одним еквівалентом іншої.

Еквівалентна маса простої речовини А:

М_Е(Са)=20 г/екв; М_Е(О) = 8 г/екв.

де А(А) – атомна маса елемента А; n – його валентність.