33

Государственное учреждение

высшего профессионального образования

«БЕЛОРУССКО – РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Технология металлов»

ХИМИЯ

Методические указания к практическим занятиям и самостоятельной работы студентов всех специальностей

Гальванические элементы

Коррозия металлов

Могилев 2008

УДК 54

ББК 24.1

Х 65

Рекомендовано к опубликованию

Учебно-методическим управлением

ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»

Одобрено кафедрой «Технологии металлов» «30» мая 2008 г., протокол № 10

Составитель: ст. преподаватель Н. Л. Николаева

Рецензент: канд. биол. наук, доцент Н.О. Мартусевич

В методических указаниях раскрыто содержание тем «Гальванические элементы» и «Коррозия металлов». Вниманию студентов предложены основные понятия и законы данных тем, приведены примеры написания электродных процессов, составления схем работы гальванических элементов. Так же рассмотрены примеры решения некоторых задач и даны контрольные вопросы и упражнения.

Учебное издание

ХИМИЯ

Ответственный за выпуск Г. Ф. Ловшенко

Технический редактор А. А. Подошевко

Компьютерная верстка

Подписано в печать . Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс.

Печать трафаретная. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж 265 экз. Заказ № ________

Издатель и полиграфическое исполнение

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«Белорусско-Российский университет»

ЛИ № 02330/375 от 29.6.2004 г.

212030, г.Могилев, пр.Мира, 43

 ГУ ВПО Белорусско-Российский

университет, 2008

1 Гальванические элементы

Все химические реакции, в которых электроны переходят от одного вещества или его части (восстановителя) к другому веществу или к другой части одного и того же вещества (окислителю), называются окислительно-восстановительными, или редокспроцессами.

Если же процессы окисления и восстановления пространственно разделить, то любую окислительно-восстановительную реакцию можно использовать для получения электрической энергии. Устройства для получения электрической энергии за счет окислительно-восстановительных процессов, называют химическими источниками тока (ХИТ). Простейший ХИТ – гальванический элемент.

1.1 Механизм возникновения электродного потенциала.

Система, состоящая из металла, погруженного в раствор электролита, называется электродом. В узлах металлической кристаллической решетки располагаются положительно заряженные ионы, находящиеся в равновесии со свободными электронами. При погружении металла (Ме) в раствор начинается взаимодействие поверхностных ионов металла (Me ⁿ⁺), находящихся в узлах решетки, с полярными молекулами воды, ориентированными у поверхности электрода. При этом ионы металла переходят из металлической фазы в раствор.

В результате между металлом и раствором устанавливается равновесие:

Me + mH₂O Me ⁿ⁺ ∙m H₂O + nē,

в растворе на металле

где n – число электронов, принимающих участие в процессе.

Если преобладает переход ионов из металлической фазы в раствор, то раствор приобретает положительный заряд (рисунок 1, а), а металлический электрод заряжается отрицательно. Если при установлении контакта металл – раствор скорость перехода катионов из металла в раствор была меньше, чем скорость их перехода в обратном направлении, то между электродом и раствором также устанавливается равновесие, но в этом случае электрод заряжается положительно, а раствор – отрицательно (рисунок 1, б).

Возникает электростатическое притяжение между перешедшими в жидкость гидратированными катионами и поверхностью металла. В любом случае появляется двойной электрический слой, характеризующийся определенным скачком потенциала.

Потенциал, устанавливающийся в условиях равновесия электродной реакции, называется равновесным электродным потенциалом. В настоящее время абсолютные значения электродных потенциалов на границе двух фаз разной природы металл│электролит экспериментально определить невозможно. Однако можно определить разность электродных потенциалов.

Поэтому для характеристики электродных процессов пользуются относительными значениями электродных потенциалов.

а) б) в)

Рисунок 1 – Схема двойного электрического слоя (а) и (б); распределение заряда в объеме электролита (в)