- •В.Н. Захарченко Курс физической химии Москва
- •Часть 2. Электрохимические системы и электрохимические процессы
- •Глава 1. Термодинамика гальванического элемента
- •1.1.Гальванический элемент
- •1.2.Термодинамика гальванического элемента
- •1.3.Электродный потенциал. Электродные реакции
- •Глава 2.Основные типы электродов
- •2.1.Классификация электродов
- •2.2.Электроды 1-го рода
- •2.3.Электроды 2-го рода
- •2.4.Окислительно-восстановительные электроды
- •2.5.Газовые электроды
- •2.6.Ионоселективные электроды
- •Глава 3.Ионы в растворах электролитов
- •3.1.Классическая теория электролитической диссоциации
- •3.2.Взаимодействие растворяемого вещества с растворителем
- •3.3.Межионное взаимодействие в растворах
- •Глава 4.Термодинамика растворов электролитов
- •4.1.Формальные представления об активности ионов в растворах электролитов
- •4.2.Экспериментальные данные по коэффициентам активности
- •Глава 5.Явления переноса в растворах электролитов
- •5.1.Диффузия в растворах электролитов
- •5.2.Диффузионный потенциал
- •5.3.Электрическая проводимость растворов электролитов
- •Глава 6.Электрохимическая поляризация
- •6.1.Эдс поляризации и электродная поляризация
- •6.2.Теории электродной поляризации
- •Аллотропические цепи
- •Концентрационные цепи
- •7.3.Химические электрохимические цепи
- •Простые химические цепи
- •Сложные химические цепи
- •Глава 8.Химические источники тока
- •8.1.Эталонные гальванические элементы
- •8.2.Первичные гальванические элементы
- •Элемент Лекланше
- •Ртутнооксидный элемент
- •Индийсодержащие элементы
- •Элементы с твердыми электролитами
- •Резервные элементы
- •8.3.Вторичные гальванические элементы
- •Свинцовый аккумулятор
- •Щелочной аккумулятор
- •Серебряный аккумулятор
- •Часть 3. Химическая кинетика и катализ
- •Глава 9.Формальная кинетика
- •9.1.Основные понятия
- •9.2.Классификация химических реакций по их кинетике
- •9.3.Необратимая реакция первого порядка
- •9.4.Необратимая реакция второго порядка
- •9.5.Два случая бимолекулярной реакции
- •2A Продукты реакции,
- •9.6.Необратимая реакция n-ого порядка
- •9.7.Методы определения порядка реакции
- •Дифференцирование кинетической кривой
- •Глава 10.Кинетика сложных реакций
- •10.1.Параллельные реакции
- •10.2.Обратимая реакция
- •Последовательные реакции
- •Глава 11.Влияние температуры на скорость химических реакций
- •11.1.Эмпирические закономерности влияния температуры на скорость реакций
- •11.2.Уравнение Аррениуса
- •Глава 12.Элементарные акты химических превращений
- •12.1.Теория активных столкновений
- •12.2.Механизм мономолекулярных реакций по теории активных столкновений (схема Линдемана)
- •12.3.Теория переходного состояния (теория активного комплекса)
- •Глава 13.Химическая индукция
- •Глава 14.Фотохимические процессы
- •14.1.Основные законы фотохимии
- •14.2.Механизм фотохимических реакций
- •Глава 15.Цепные реакции
- •15.1.Общие сведения о цепных реакциях
- •15.2.Зарождение цепи и методы обнаружения свободных радикалов
- •15.3.Развитие и обрыв цепи
- •Глава 16.Катализ
- •16.1.Общие сведения
- •16.2.Гомогенный катализ
- •16.3.Кислотно-основной катализ
- •16.4.Ферментативный катализ
- •16.5.Гетерогенный катализ
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •Часть 3. Химическая кинетика и катализ 78
- •Глава 9. Формальная кинетика 79
Элемент Лекланше
Этот элемент является наиболее распространенным химическим источником тока.
Батарейки для электрического фонарика состоят из одной или нескольких ячеек элемента Лекланше.
Условная запись элемента Лекланше следующая:
(−) Zn 20%-ный раствор NH4Cl MnO2, C (+).
Элементы Лекланше выпускают в цилиндрической и плоской форме. Цилиндрический элемент содержит цинковый корпус, в котором размещены пиролюзит (MnO2), пропитанный раствором NH4Cl, и графитовый стержень. Раствор электролита во избежание его вытекания загущают пшеничной мукой или крахмалом и вводят антисептические добавки (часто HgO). Плоский элемент отличается от цилиндрического тем, что цинковый и графитовый электроды выполнены в виде пластин, помещаемых вместе с пиролюзитом и электролитом в заливаемый смолой картон.
В элементе Лекланше протекает реакция:
Zn + 2NH4Cl + 2MnO2 = [Zn(NH3)2]Cl2 + H2O + Mn2O3.
ЭДС элемента Лекланше около 1,5 В.
Ртутнооксидный элемент
В этом элементе используются оксид ртути и электролит в виде концентрированного раствора КОН:
(−) Zn 40%-ный раствор КОН HgO, C (+).
В нем протекает реакция:
Zn + HgO + H2O = Zn(OH)2 + Hg.
Ртутнооксидные элементы отличаются хорошими механическими характеристиками и выполняются в миниатюрных формах, подобных кнопкам.
Индийсодержащие элементы
Для этих элементов используется сплав индия и висмута. Их можно описать следующим образом:
(−) Bi,In Конц. раствор КОН HgO, C (+).
Элементы этого типа являются одними из самых миниатюрных и применяются для миниатюрной электронной аппаратуры (микрокалькуляторы, наручные часы и др.).
Элементы с твердыми электролитами
Миниатюрные элементы этого типа используются для питания электронной аппаратуры.
Их особенностью является использование твердых солей в качестве электролитов. Чаще всего твердыми электролитами служат галогениды серебра вместе с галогенидами других металлов.
Приводим примеры записи таких элементов с протекающими в них реакциями:
свинец-серебряный хлоридный элемент:
(−) Pb PbCl2, AgClAg (+),
2AgCl + Pb = 2Ag + PbCl2;
серебряно-угольный элемент с рубидийодидным электролитом:
(−) AgRbI3, RbAg4I5 C (+),
Ag + 1/2 I2 = AgI.
Резервные элементы
Эти элементы предназначены для кратковременной работы с получением большой мощности. Они используются при чрезвычайных и аварийных ситуациях, в военном деле, в метеорологии и т.д. Некоторые из них автоматически включаются при попадании в воду и являются составной частью аварийных комплектов.
Приведем примеры этих элементов и протекающих в них реакций:
1) (−) Zn H2SO4 PO2, Pb (+),
Zn + 2H2SO4 + PO2 = ZnSO4 + PbSO4 + 2H2O;
2) (−) Mg раствор MgCl2, CuCl2 Cu (+),
CuCl2 + Mg = MgCl2 + Cu.
8.3.Вторичные гальванические элементы
Вторичные элементы, или аккумуляторы, предназначены для накопления электрической энергии.
Основное требование к вторичному элементу - обращаемость, то есть способность почти полностью отдавать полученную электрическую энергию. Этим свойством обладают только те гальванические элементы, у которых оба электрода контактируют с одним и тем же электролитом, а исходные вещества и продукты реакции располагаются на поверхности электродов. В частности, элемент Якоби - Даниэля нельзя использовать в качестве вторичного элемента, так как при его работе происходит диффузия электролитов.
У хороших аккумуляторов КПД, выражаемый отношением возвращенной электрической энергии к полученной, доходит до 98%.
В настоящее время самыми распространенными являются следующие аккумуляторы.