7. Химический источник тока.

Устройство, вырабатывающее электрический ток за счет энергии окислительно-восстановительной реакции называют химическим источником тока или гальваническими элементами. Простейший пример – медно-цинковый элемент. В других часто используемых гальванических элементов используются не два электролита, а один. Эти элементы относятся к первичным источникам тока. После разряда такие элементы не пригодны к работе. Ко вторичным химическим источникам тока относятся аккумуляторы. Они могут быть использованы многократно. После разрядки аккумулятора его работоспособность может быть восстановлена пропусканием тока от внешнего источника в обратном направлении (электролиз). Анод аккумулятора при разрядке служит катодам. Наиболее распространены свинцовый, кислотный и железоникелевый щелочной аккумулятор. Свинцовый аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин, одна из которых после зарядки заполнена губчатым свинцом (анод), а другая РвО₂ (катод). Электролитом служит 30% раствор серной кислоты. В железоникелевом аккумуляторе масса анода, является губчатое железо.

Особой разновидностью химическим источником тока является топливные элементы или электрохимические генераторы. В топливных элементах химическая энергия в реакциях горения окисления топлива непосредственно превращается в электрическую, его КПД – превышает 80%. Обычно в топливных элементах используют жидкое или газообразное топливо. Твердое топливо уголь, как торф мало реакционно-способное. Оно может окислено только при очень высоких температурах. Из жидких топлив, наиболее интересны: метиловый, этиловый спирты, формальдегид, пары бензина, этилен, бутан, пропан, и другие газообразные углероды. Горючие газы (водяной, генераторный). В качестве окислителя применяют воздух или кислород, реже Br. Электролиты могут быть растры щелочей или кислот, расплавленные карбонаты или гидроксиды металла, тугоплавкие твердые электролиты.

Топливные элементы имеют высокий КПД. В них нет движущихся частей, конструкция проста, мощность на единицу объема и массы высокая работают бесшумно, без выделения вредных выхлопных газов и копоти. Поэтому они широко используются в спутниках, космических аппаратах в электрохимической промышленности.

8. Коррозия металлов.

Под коррозией металлов понимают его разрушение под действием окружающей среды. Это процесс самопроизвольный.

Виды коррозии.

Коррозия - это окислительно-восстановительный процесс протекающий на границе раздела фаз. Она может протекать в газах, в воде, в воздухе, в растворах электролита, в органических растворителях. Металлы при этом окисляются, а вещества, с которыми взаимодействуют, восстанавливаются.

Основные виды коррозии определяют характер разрушения металлов.

1. сплошная (равномерная и неравномерная), при этом разрушение охватывает всю поверхность металла;

2. местная при этом поражения локальные, а большая часть не затронута;

3. интеркристаллитная или межкристаллитная, коррозия продвигается в глубь металла по границам зерен;

4. транскристаллитная, при этом металл рассекает трещина через зерна;

5. избирательная (селективная) при этом в сплаве разрушается один компонент;

6. под поверхностная - это коррозия которая начинается с поверхности, а затем разрушает под поверхностные слои.

По механическим различают два типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Химической коррозией называют разрушение металла окислением его в окружающей среде без возникновения электрического тока в системе. В этом случае происходит взаимодействие металла с составными частями среды: газами и не электролитами. Большой вред приносит окисление металла кислородом воздуха, т. е. газовая коррозия.

Скорость окисления многих металлов сильно возрастает при повышенной температуре, так на железе уже при 250-300°С появляется видимая пленка оксидов, при 600°С и выше поверхность металла покрывается слоем окалины, состоящей из FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃. окалина не защищает железо от дальнейшего окисления, т. к. сдержит трещины, поры, через которые может проникать кислород. Поэтому при нагревании железа выше 800°С скорость его окисления быстро растет.

У некоторых металлов контакт с кислородом воздуха сильно замедляет процесс коррозии. Потому что на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка, которая препятствует проникновению к металлам, как газов, так и жидкостей. Такой металл переходит в пассивное состояние. Например: концентрированная азотная кислота легко пасcивирует железо, на его поверхности образуется защитная пленка и железо перестает реагировать с концентрированной азотной кислотой. Подобные защитные пленки образуются так же на алюминии, бериллии, хроме и цинке.

Электрохимическая коррозия - это разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока. В этом случае помимо химических процессов отдача электронов, протекают и электрические, перенос электрона от одного участка к другому. Например коррозия железа в контакте с медью в растворе электролита соляной кислоты. При этом возникает гальванический элемент где медь это катод, а железо анод.

Электрохимическую коррозию вызывают в основном примеси других металлов и не металлических веществ или неоднородность поверхности. При электрохимической коррозии поток электронов направлен от более активного металла к менее активному проводнику. При этом более активный металл парадирует. Скорость коррозии тем больше чем дальше расположены друг от друга металлы в ряду стандартных электродных потенциалов. Наиболее важными случаями электрохимической коррозии является атмосфера. Интенсивность такой коррозии увеличивается с ростом влажности воздуха содержанием в нем СО₂ и SО₂ пыли, копоти, от наличии шероховатости и влаги на поверхности металла.