88 Гальванические элементы. 90 поляризация
В гальваническом элементе энергия химической реакции превращается в электрическую. Гальванический элемент состоит из двух металлических электродов, соединённых металлическим проводником (внешняя цепь) и помещённых в растворы собственных солей. Растворы соединены электролитическим мостиком. Растворы и электролитический мостик являются внутренней цепью элемента (рис. 5.6).
Схема медно-цинкового гальванического элемента может быть представлена следующим образом:
Потенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение, чем потенциал медного электрода, поэтому по внешнему проводнику электроны будут переходить от цинка к меди, что вызовет смещение равновесия Me0<══>Men+ + n ē на цинковом электроде вправо, а на медном электроде ─ влево.
Отклонение потенциала электрода от его равновесного значения называется электрохимической поляризацией (поляризацией). При замыкании цепи потенциал медного электрода сдвигается в сторону более отрицательного значения за счёт поглощения электронов, это катодная поляризация. Потенциал цинкового электрода смещается в сторону более положительного значения, т.к. электроны перемещаются с цинкового электрода на катод, цинковый электрод подвергается анодной поляризации. Таким образом, процессы на электродах гальванического элемента будут иметь вид:
Концентрация катионов цинка в растворе будет увеличиваться, а катионов меди ─ уменьшаться, что вызовет движение анионов SO42─ из раствора CuSO4 в растворZnSO4. Следовательно, по внешней цепи гальванического элемента перемещаются электроны, а по внутренней ─ ионы.
89 Измерение электродвижущей силы.
Электродвижущая сила гальванического элемента вычисляется как разность потенциалов катода и анода и зависит от факторов, которые влияют на величину электродного потенциала: стандартного электродного потенциала, концентрации раствора и температуры (уравнение Нернста).
Принцип действия гальванического элемента: окисление на аноде, пространственно отделённом от катода, на котором происходит восстановление, используется в производстве химических источников тока.
91 Химические источники тока: аккумуляторы, топливные элементы.
XIII
92 Коррозия металлов.
Склонность металлических поверхностей к коррозии объясняется тем, что они самопроизвольно переходят в окисленное состояние, характерное для металлов в природе.
Экономический ущерб от коррозии значителен. Треть производимых чёрных металлов из-за коррозии выходит из технического употребления, причём, 10% ─ безвозвратно. Специалисты подсчитали, что на Земле за одну секунду разрушается вследствие коррозии 1,5 т металлов. Велики также затраты на антикоррозионные мероприятия.
Широкая распространённость и многообразие форм коррозии металлов связаны с их широким применением, термодинамической неустойчивостью (ΔGкорр.< 0), разнообразием свойств и условиями эксплуатации.