Файл: Неорг.химия.doc

32. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, единичные ячейки хим. источников тока, предназначенных для однократного электрич. разряда (непрерывного или прерывистого). После разряда гальванические элементы, в отличие от аккумуляторов, теряют работоспособность. Иногда термин "гальванические элементы" применяют и для обозначения единичных ячеек аккумуляторных батарей, к-рые предназначены для многократного использования, т. е. после разряда м. б. снова заряжены. Главные составные части гальванических элементов: два электрода разл. природы и электролит. Обычно электроды - это металлич. пластинки или сетки, на к-рые нанесены реагенты ("активные в-ва"); на отрицат. электрод - восстановитель (Zn, Li и др.), на положительный -окислитель (оксиды Mn, Hg и др., а также соли). На каждом из электродов, погруженных в электролит, устанавливается определенный потенциал (окислит.-восстановит. потенциал данной электродной р-ции); разность этих потенциалов в отсутствие тока наз. напряжением разомкнутой цепи (НРЦ). При соединении электродов между собой с помощью внеш. электрич. цепи электроны начинают перетекать от отрицат. электрода к положительному - возникает электрич. ток. Суммарная электрохим. р-ция на обоих электродах наз. токообразующей; по мере ее протекания восстановитель отдает, а окислитель присоединяет электроны. Ток прекращается при размыкании внеш. цепи, а также после израсходования запаса хотя бы одного из реагентов. Побочные хим. или электрохим. р-ции приводят к саморазряду гальванических элементов, ограничивающему длительность их хранения, к-рая для лучших образцов может достигать 10 лет. Гальванические элементы применяют гл. обр. для питания переносной аппаратуры (напр., транзисторных радиоприемников) и поэтому изготавливают преим. с невыливающимся электролитом (загущенным или твердым). В отличие от аккумуляторов, гальванические элементы не нуждаются в особом уходе при эксплуатации.

Эдс гальванического элемента

Разберите работу гальванического элемента. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, составьте суммарное ионное уравнение окислительно-восстановительной реакции в гальваническом элементе и вычислите ЭДС гальванического элемента.

Мn | MnSO4 || FeSO4 | Fe,

С_Mn2+=10^-2моль/л, С_Fe2+= 10^-2 моль/л.

33. Коррозия металлов и меры борьбы с ней

Коррозия металлов - это процесс их разрушения вследствие химического и электрохимического взаимодействия с внешней (коррозионной) средой. В результате коррозии ежегодно теряется в мире до 10 % годовой выплавки новой стали. Потери от коррозии (на воспроизводство и замену вышедших из строя конструкций и оборудования) исчисляются колоссальными суммами, вследствие чего применяются всевозможные средства и методы борьбы с коррозией металлов. В зависимости от характера коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металлов. При химической коррозии металл разрушается в агрессивных средах вследствие непосредственного соединения металла с агрессивными химическими агентами (например, железо окисляется). При электрохимической коррозии разрушение металлов происходит вследствие их растворения в жидкой среде, являющейся электролитом, и заключается в образовании на их поверхности множества микрогальванических элементов. Наиболее распространенными являются два катодных процесса:

1) Разряд водородных ионов по реакции: 2) восстановление растворенного кислорода:

Существует несколько методов антикоррозионной защиты металлов. По механизму действия все методы антикоррозионной защиты можно разделить на две основные группы: электрохимические, оказывающие влияние на потенциал металла или его критические значения, и механические, изолирующие металл от воздействия окружающей среды созданием защитной пленки и покрытий. К основным методам антикоррозионной защиты относятся легирование металлов, термообработка, ингибирование окружающей среды, деаэрация среды, водоподготовка, защитные покрытия, создание микроклимата и защитной атмосферы. Способы антикоррозионной защиты указываются в рабочих чертежах конструкций, в СНиП, технических условиях (ТУ). Простейшим и эффективным способом защиты металлических конструкций от коррозии является покрытие их поверхностей различными красками, лаками, эмалями.

34. Электрохимическая коррозия- наиболее распространённый видом разрушения металлов. Примером электрохимической коррозии является, например, разрушение деталей машин, приборов и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, в атмосфере, под пленками влаги, в технических растворах, под действием смазочно-охлаждающих жидкостей и т.д. Как уже было отмечено, электрохимическая коррозия протекает на поверхности металлов под действием электрических токов, то есть происходят окислительно-восстановительные химические реакции, характеризующиеся отдачей электронов и их переносом, так как образуются катодные и анодные участки. Образованию катодов и анодов способствуют химическая неоднородность металлов (примеси и включения), наличие участков остаточной деформации, неоднородность покрывающих металл защитных плёнок и т.д. Наиболее часто в образовании данного вида разрушения металла участвуют не один фактор, а несколько. Когда метал начинает корродировать, он превращается в многоэлектронный гальванический элемент. 

Водородной деполяризацией

Коррозию металлов, при которой катодная реакция осуществляется с выделением водорода, называют коррозией металлов с водородной деполяризацией.

Коррозия металлов с водородной деполяризацией имеет место:

, т.е. в растворах кислот, например, кислотное растворение железа, цинка и других металлов;

при достаточно отрицательных значениях потенциала ионизации металла, например, коррозия магния в воде или растворах солей.

На практике с такими явлениями сталкиваются при хранении и перевозке кислот, при кислотном травлении металлов, при получении кислот на стадии абсорбции.

(последнее отвечает парциальному давлению

Кислородная деполяризация

Процессы с кислородной деполяризацией отличаются от рассмотренных рядом особенностей. Во-первых, благодаря более высокой окислительной способности эти деполяризаторы могут вызвать коррозию таких металлов, которые не вытесняют из раствора водород. Во-вторых, увеличение свободной энергии, а значит, и движущей силы процесса приводит к тому, что скорость растворения металла с кислородной деполяризацией бывает во много раз больше, чем с водородной. В-третьих, высокий потенциал катодного процесса делает гораздо более вероятным наступление пассивного состояния, а иногда создает возможность и для перешас-сивации металлов. 

35. Атом (от греческого atomos - неделимый)  — одноядерная, неделимая частица химического элемента, носитель свойства вещества. Вещества состоят из атомов. Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака. В целом атом электронейтрален. Размер атома полностью определяется размером его электронного облака, поскольку размер ядра ничтожно мал по сравнению с размером электронного облака. Ядро состоит из Z положительно заряженных протонов (заряд протона соответствует +1 в условных единицах) и N нейтронов, которые не несут на себе заряда (протоны и нейтроны называют нуклонами). Таким образом, заряд ядра определятся только количеством протонов и равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами (заряд электрона -1 в условных единицах), которые формируют электронное облако. Количество электронов равно количеству протонов. Массы протонов и нейтронов равны (соответственно 1 и 1 а.е.м.). Масса атома определятся массой его ядра, поскольку масса электрона примерно в 1850 раз меньше массы протона и нейтрона и в расчетах редко учитывается. Количество нейтронов можно узнать по разности между массой атома и количеством протонов (N=A-Z). Вид атомов какого-либо химического элемента с ядром, состоящим из строго определённого числа протонов (Z) и нейтронов (N) называется нуклидом.

Число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке атома и отвечает порядковому номеру этого элемента в Периодической системе.

Электронная оболочка атома представляет собой сложную систему. Она делится на подоболочки с разной энергией (энергетические уровни); уровни, в свою очередь, подразделяются на подуровни, а подуровни включают атомные орбитали, которые могут различаться формой и размерами (обозначаются буквами s, p, d, f и др.).

Согласно планетарной модели атома, предложенной Э.Резерфордом (E.Rutherford) в 1911 году, атом состоит из малого (диаметром порядка 10^-15 м) массивного ядра, несущего заряд +Ze (e – заряд электрона, Z – порядковый номер ядра), вокруг которого вращается Z электронов по круговым или эллиптическим орбитам. Диаметр атома порядка 10^-10 м, что в 10⁵ раз больше размеров ядра.

Рассмотрим планетарную модель простейшего атома – атома водорода. Ядро атома водорода представляет собой один протон. Электрон движется вокруг протона по круговой орбите под действием кулоновской силы притяжения к протону.