ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория получения электрического тока в гальванических элементах из "Физическая и коллоидная химия" Гальваническим элементом называется прибор, в котором энергия протекающих химических реакций превращается непосредственно в электрическую энергию. В простейшем случае гальванические элементы состоят из двух разных металлов, погруженных в растворы электролитов, причем основные процессы протекают на контакте проводников I и И рода. [c.247] В настоящее время известно много гальванических элементов, которые находят различное применение в качестве источников постоянного тока в промышленности, на транспорте, в военном деле, в лабораторной практике, в медицине и в других областях народного хозяйства и науки. [c.247] В гальванических элементах непрерывно протекают электронные окислительно-восстановительные процессы. В результате на электродах гальванического элемента поддерживается разность потенциалов, определяющая собой электродвижущую силу (э. д. с.) элемента. [c.247] Для выяснения, каким образом химическая энергия в гальванических элементах превращается в электрическую, рассмотрим процессы, протекающие на отдельных электродах. [c.247] Положительные ионы цинка, перешедшие в раствор, в силу электростатического притяжения располагаются в жидкости вблизи металлической поверхности в виде двойного электрического слоя. Одна часть этого слоя находится на поверхности пластинки, а вторая — в жидкости, прилегающей к ней. На границе металл—жидкость возникает равновесная разность потенциалов, называемая электродным потенциалом. [c.248] Поверхностное растворение зависит от природы металла и температуры. Для данного металла при данной температуре оно является постоянной величиной. У различных металлов, вследствие неодинаковой энергии связи атомов в кристаллической решетке и различной способности их катионов к гидратации, поверхностное растворение протекает не в одинаковой степени, а следовательно, и равновесные электродные потенциалы, возникающие на границе металл—жидкость, будут различными. [c.248] Аналогичные процессы наблюдаются и в том случае, если пластинку цинка погрузить в раствор какой-либо растворимой соли цинка. Однако при этом с пластинки в раствор перейдет меньшее количество ионов цинка и равновесие установится быстрее при меньшей разности потенциалов на границе металл—раствор. Это связано с тем, что присутствующие в растворе ионы цинка будут способствовать сдвигу равновесия в сторону увеличения скорости осаждения ионов цинка из раствора на пластинку. Очевидно, при этом возможна такая концентрация раствора, при которой число катионов, выделяющихся с поверхности металла в прилегающий слой раствора, будет уравновешено числом катионов, осаждающихся на поверхности металла тогда величина электродного потенциала станет равной нулю. [c.248] Химически активные (неблагородные) металлы (Mg, А1, 2п, Ре и др.) характеризуются большими величинами поверхностного растворения. При любых концентрациях их солей, которые можно получить практически, эти металлы всегда будут в большей или меньшей степени растворяться, а возникающие при этом электродные потенциалы будут отрицательными, т. е. 0. [c.248] Фрумкину была присуждена Ленинская премия. [c.249] Работами А. Н. Фрумкина и его учеников установлено, что слой ионов, располагающийся в жидкости, благодаря действию двух противоположно направленных сил (электростатического притяжения и теплового движения) имеет диффузное строение, т. е. он проникает в жидкость на некоторую глубину (рис. 68). [c.249] С - потенциал возникает при движении жидкости относительно твердой поверхности. [c.250] Изучение двойного электрического слоя имеет существенное значение для поршмания таких практически важных процессов как электролиз, электрохимические реакции в гальванических элементах, коагуляция коллоидов, флотация и др. [c.250] Рассмотрим качественно работу двух гальванических элементов — элемента Якоби—Даниэля и элемента Вестона, представленных схематично на рис. 69 и 70. [c.250] Еще при разомкнутых электродах вследсхвие протекания процессов, описанных в предыдущем параграфе, между электродами и растворами солей возникают равновесные потенциалы. Потенциал цинковой пластинки, благодаря появлению на ней избытка электронов, отрицателен ( 0), а потенциал медной пластинки в результате осаждения па ней некоторого количества положительно заряженных ионов меди (Си++) положительный ( 0). [c.251] Равновесие нарушается, если соединить медным проводником оба электрода. При этом избыточные электроны с цинковой пластинки начнут переходить на медную, т. е. между цинком и медью во внешней цепи возникнет электрический ток. Электроны, встречая на медном электроде положительно заряженные ионы меди, нейтрализуют их. [c.251] На рекоторое время обе пластинки станут незаряженными и двойной электрический слой разрушится, но под влиянием факторов, постоянно действующих на границе металл — раствор (поверхностное растворение металла и осаждение ионов металла из раствора на поверхность электрода), в последующие моменты он снова возникает вблизи электродов. Следовательно, работающий гальванический элемент не находится в состоянии равновесия. Суть работы его сводится к попеременному возникновению и исчезновению двойного электрического слоя у поверхности электродов. [c.251] В результате этого ионы меди, осаждаясь на медном электроде и получая электроны от цинкового электрода, превращаются в нейтральные атомы и оседают на медь Си++ -f 2е-- Си (процесс восстановления). Ионы цинка переходят с пластинки в раствор 2п°= 2п++-Ь 2е (процесс окисления). Электроны, образующиеся при этом, поступают на медный электрод. [c.251] Таким образом, в гальваническом элементе так же, как и при электролизе, протекают химические, окислительно-восстановительные процессы, однако в данном олучае процесс окисления происходит на отрицательном электроде, а процесс восстановления — на положительном. [c.251] Внутренняя цепь в гальваническом элементе Якоби—Даниэля замыкается в результате перемещения ионов 80.1 через пористую перегородку тп из раствора Си504 в раствор 2п804. [c.251] Вернуться к основной статье