4.3 Електрохімічні (гальванічні) елементи та електрорушійні сили.

В гальванических (вольтовых) ячейках источник электрического тока — химическая реакция.

ЭЛЕМЕНТ ДАНИЭЛЯ

Рассмотренная ранее (см. рис. 13.1) цинк-медная пара в растворах их ионов — это элемент Даниэля; его э. д. с. равна 1,1 В.

СУХИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Стремление преодолеть трудности, вызванные утечкой раствора электролита из таких элементов, как элемент Даниэля, послужило толчком к разработке сухих элементов. В последних электролит — это паста (рис. 13.9). Элементы подобного типа используют в радиотехнике; они служат источником питания в фотолампах-вспышках, часах. Их до­стоинство — портативность.

Э. д. с. элемента, приведенного на рис. 13.9, равна 1,5 В, а электродные реакции описываются уравнениями:

анод — Zn (тв.) → Zn2+ (водн.) + 2е^- ;

катод — 2NН₄⁺ (водн.) + 2е^- → 2NН₃ (г.) + 2Н₂ (г.).

СВИНЦОВЫЙ АККУМУЛЯТОР

В этом элементе, в котором запасен (аккумулиро­ван) электрический заряд, две свинцовые пластины погружены в 30 %-ный раствор серной кислоты, в результате чего они покрываются пленкой нерастворимого сульфата свинца (II).

Сначала аккумулятор необходимо зарядить, для чего через него пропускают постоянный электрический ток -

Заряд

положительная пластина — РbSО₄ (тв.) + 2е^- → Рb (тв.) + SО₄^2- (водн.);

отрицательная пластина — РbSО₄ (тв.) + 2Н₂О (ж.) →

→ РbО₂ (тв.) +4Н⁺ (вод.) +SО₄ (вод.) +2е^-.

В результате пропускания электрического тока пластины становятся химически различными; следовательно, различными делаются и их потенциалы, так что при соединении пластин между ними начинает течь электрический ток. Происходит раз-

ряд, т. е. аккумулятор становится поставщиком электрического тока —

Разряд

отрицательная пластина — Рb (тв.) + SО₄^- (вод.) → РbSО₄ (тв.) + 2е^-;

положительная пластина — 2РbО₂ (тв.) + 4Н⁺ (водн.) + SО₄^- (водн.) + 2е^- →

→ РbSО₄ (тв.) + 2Н₂О (ж.).

Элемент перестает быть источником электрического тока, когда вся РbO₂ и весь Рb превращаются в РbSО₄, т. е. когда пластины перестают различаться.

Из приведенного следует, что Рb-пластина заряжается положительно в процессе зарядки и отрицательно в процессе разрядки. Полярность РbO₂-пластины также меняется — от отрицательной при разрядке до положительной при зарядке. Суммарную

реакцию можно описать уравнением:

_заряд

Рb(тв.) + РbО₂(тв.) + 2Н₂SО₄(водн.)  2РbSО₄(тв.) + 2Н₂О(ж.).

^Разряд

Автомобильный аккумулятор состоит из шести соединенных вместе свин­цовых ячеек; его э. д. с. равна 12 В. При движении автомобиля аккуму­лятор заряжается через генератор. При частых остановках и включениях стартера аккумулятор теряет заряд, «садится». Тогда его приходится заряжать постоянным электрическим током. Разрядка аккумулятора при­водит к «истощению» электролита, т. е. к уменьшению плотности серной кислоты. За состоянием электролита и, следовательно, аккумулятора, следят при помощи ареометра.