47. Нормальный водородный электрод . Уравнение Нернста. Автомобильный аккумулятор.

Непосредственно измерить величину потенциала не представляется возможным, так как невозможно экспериментально определить со. Опытным путем определяют величины электродных потенциалов относительно величины другого электрода, потенциал которого условно принимают равным нулю. Таким стандартным электродом или электродом сравнения является нормальный водородный электрод (н.в.э.). Устройство водородного электрода показано на рисунке. Он состоит из платиновой пластинки, покрытой электролитически осаждённой платиной. Электрод погружен в 1М раствор серной кислоты (активность ионов водорода равна 1 моль/дм3) и омывается струей газообразного водорода под давлением 101 кПа и Т = 298 К. При насыщении платины водородом на поверхности металла устанавливается равновесие, суммарный процесс выражается уравнением

2Н+ +2е ↔ Н2

Если пластинку металла, погруженного в 1М раствор соли этого металла, соединить внешним проводником со стандартным водородным электродом, а растворы электролитическим ключом, то получим гальванический элемент (рис. 32). Электродвижущая сила этого гальванического элемента будет являться величиной стандартного электродного потенциала данного металла (Ео).

Взяв в качестве электрода цинк находящийся в 1 М растворе сульфата цинка и соединив его с водородным электродом, получим гальванический элемент, схему которого запишем следующим образом

(-) Zn/Zn2+// 2H+/H2, Pt (+).

В схеме одна черта означает границу раздела между электродом и раствором, две черты – границу между растворами. Анод записывается слева, катод справа. В таком элементе осуществляется реакция

Znо + 2H+ = Zn2+ + Н2, а электроны по внешней цепи переходят от цинкового к водородному электроду. Стандартный электродный потенциал цинкового электрода (-0,76 В).

Взяв в качестве электрода медную пластинку, при указанных условиях в сочетании со стандартным водородным электродом, получим гальванический элемент

(-) Pt, H2/2H+//Cu2+/Cu (+).

В этом случае протекает реакция: Cu2+ + H2 = Cuо + 2H+. Электроны по внешней цепи перемещаются от водородного электрода к медному электроду. Стандартный электродный потенциал медного электрода (+0,34 В).

В процессе разряда аккумулятора происходит сульфатация пластин. Этот процесс можно описать следующей химической реакцией:

Pb + 2H2SO4 + PbO2 → 2PbSO4 + 2H2O

В процессе сульфатации пластина, которая сделана из свинца, под действием кислоты вступает в реакцию с оксидом, который покрывает соседнюю пластину. В ходе этой реакции образуется сульфат и вода. Когда аккумулятор заряжается, под действием тока эта реакция протекает в обратную сторону.

Теоретически процесс этот обратим полностью, но практика, как это часто бывает, теории не соответствует. Обратная реакция не реализуется до конца, и часть сульфата остаётся на пластине. Сам сульфат ток проводит плохо, поэтому эффективность заряда со временем значительно снижается.

Остаётся либо прибегать к мощной химии и пытаться растворить сульфат либо использовать метод, где десульфатация электрических пластин происходит посредством электричества. Первый метод и для здоровья опасный и аккумулятор повредить может. Поговорим подробнее о втором.

Этот метод основан на приложении коротких импульсов с высокой амплитудой к аккумулятору. Поверхностные электроны пластины под действием приложенного напряжения возбуждаются и разрушают осадок сульфата свинца.

Приведем схему устройства, которая реализует данный метод. Источник питания применен импульсный, в асинхронном режиме включен мультивибратор IC1, который работает на частоте в несколько килогерц. Пока транзистор VT1 закрыт, конденсатор С5 через индуктивность L2 заряжается до напряжения аккумулятора. На мультивибраторе генерируется импульс, который на некоторое время открывает транзистор VT1.

В этот момент конденсатор С5 мгновенно разряжается через транзистор и индуктивность L1. Транзистор закрылся, но ток разряда не исчезает сразу, за счёт присутствия катушки L1. Он некоторое время проходит через диод D2. Если использовать качественный конденсатор, обладающий низким эквивалентным последовательным сопротивлением, то пиковый ток импульса может достигать значения 5-10А.

При выборе компонентов учитывайте основные рекомендации. Индуктивности подбирайте с требуемыми характеристиками. Диод D2 можно и заменить, но он обязательно должен иметь высокую частоту сработки. Транзистор VT1 и диод D2 выбирайте в корпусе ТО-220, оборудованном радиатором. Вариант размещения элементов:

Готовую схему устанавливайте в заземлённый корпус. Вопреки бытующему мнению не стоит одновременно проводить и десульфатацию, и подзарядку аккумулятора, так как импеданс зарядного устройства исказит импульсы и снизит эффективность десульфатации. Если подключаете данное устройство прямо в машине, снимите с двигателя, хоть один контакт, чтобы подключенная параллельно нагрузка не снизила эффективность работы устройства.

48. электролиз катодные и анодные процессы

Электрохимия – это раздел химии, который изучает процессы, протекающие в расплавах или растворах электролитов при прохождении через них постоянного электрического тока.

Данные процессы сопровождаются окислительно-восстановительными реакциями.

Собственно электрохимические превращения называются электролизом.

Любой процесс электролиза протекает с применением электродов – положительно или отрицательно заряженных материалов, которые участвуют в переносе электронов на границе двух фаз: расплав или раствор электролита – материал электрода

 процесс электролиза представляет собой катодный и анодный процессы или окислительно-восстановительные реакции.

Продукты электролиза зависят прежде всего от того, в каком виде находится электролит (расплав или раствор), от материала электрода (инертный или растворимый) и от положения металла, входящего в состав соли, в ряду напряжения. В общем виде, всё это может быть сведено в следующие правила:

1) Катион электролита расположен в ряду напряжения до алюминия (включительно), то на катоде идёт процесс восстановления воды – выделяется водород.

2) Катион металла находится в ряду напряжения между алюминием и водородом, то на катоде одновременно восстанавливаются ионы металла и молекулы воды. 

3) Катион металла расположен в ряду напряжения после водорода, то на катоде восстанавливается металл.

4) В растворе содержатся катионы разных металлов, то сначала восстанавливаются катионы металла, стоящего в ряду напряжения правее.

5) При растворимом аноде окисляется металл анода, независимо от вида катиона в электролите и природу аниона.

6) При нерастворимом аноде

--- а) в случае электролиза раcтворов бескислородных кислот ( кроме фторидов) на аноде идёт процесс окисления аниона.

--- б) в случае электролиза растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде идёт процесс окисления воды (выделяется кислород). Анионы не окисляются.

Электролиз растворов электролитов.

В растворах электролитов, помимо катионов и анионов, присутствуют молекулы воды.

Как правило, электролиз данного вида осуществляется для соединений с ионным типом связей (соли, щёлочи).