ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2019
Просмотров: 18893
Скачиваний: 11
(13.8)
п
тут <2/ - заряд іона. Значення сталої Фарадея визначено експериментально:
/7 = 9,648 10
4
Кл/моль.
З (13.7) і (13.8) можна визначити електричний заряд будь-якого іона:
(13.9)
Обчислимо заряд одновалентного
(п
= і) іона:
о
в ±
9 ^ 1 - Ю
4
Кл/моль
= ± 1 6 1 0
.
1 9 Ю ]
^ 6,02 10
23
моль
Оскільки одновалентний іон - де атом, який при дисоціації позбувся
одного електрона
(позитивний іон%
або такий, що має один зайвий елект-
рон
(негативний іон),
знайдене значення заряду одновалентного іона збіг-
лося із значенням заряду е електрона.
Слід зауважити, що значення заряду електрона, визначене за законами
електролізу, збігається із значеннями заряду електрона, визначеними ін-
шими способами.
І 125. Застосування
електролізу
в техніці
Явище електролізу широко використовують у техніці і про-
мисловості Електролізом добувають чисті речовини: залізо, марганець,
хром, мідь, цинк, водень, хлор, фтор тощо. Під час добування, наприклад,
чистої міді (рафінування міді) з розчину сульфату міді (мідного купоросу)
спочатку відбувається дисоціація:
Си80
4
<р± Си
++
+8€>4~.
Потім під дією електричного поля катіони міді рухаються до катода і
нейтралізуються на ньому, внаслідок чого утворюються атоми міді:
Сіг *
4-
2е
Си.
Широко використовують
гальванотехніку
, за допомогою якої металеві
деталі і прилади покривають антикорозійними покриттями.
Поверхню металевих предметів, які легко окислюються, часто докри-
вають металами, які важко окислюються: нікелем, сріблом, цинком тощо,.
Усі бачили, наприклад, нікельовані речі: самовари, чайники, ковзани, но-
жі, виделки тощо.
330
Електричний спосіб покриття предметів металами, які не окислю-
ються, називають гальваностегією
. Цей спосіб дуже дешевий, зручний і
швидкий.
Предмет, який треба покрити, наприклад, шаром нікелю, старанно
очищають від бруду і слідів жиру, після чого занурюють в електролітичну
ванну. У ванну наливають аміачний розчин подвійної солі нікелю. За
анод беруть кусок нікелю, а катодом є сам предмет. Пропускаючи деякий
час струм, дістають потрібної товщини густий шар нікелю.
Для сріблення або золочення використовують розчини солей золота й
срібла.
Електролітичне осадження металу на поверхню предмета для від-
творення форми називають гальванопластикою
. Гальванопластику ви-
найшов у 1836 р. російський учений Б. С. Якобі. Відкритгя Якобі швидко
поширилось у промисловості.
Гальванопластику застосовують для виготовлення копій з барельєфів,
статуй, кліше, випуску кредитних білетів та інших паперів тощо.
У поліграфічній промисловості гальванопластику використовують для
виготовлення гальванопластичних копій із цинкографічних кліше та ін.
Це дає можливість випускати ілюстровані видання великими тиражами.
Електрохімію використовують для синтезу органічних і неорганічних
сполук і добування сплавів.
§ 126. Перетворення хімічної енергії Б електричну
Контактні різниці потенціалів виникають не тільки від стикання
двох металів, а й на межах метал ~~ електроліт і електроліт - електроліт.
Якщо металевий електрод занурено в розчин, то негативні іони електро-
літу, підходячи до поверхні металу, вкриватимуть позитивні іони з крис-
талічних ґрат. Водночас відбуватиметься й зворотний процес - осідання
іонів металу на електроді. Найсприятливішим для зворотного процесу
буде випадок, коли катіони електроліту є іонами того самого металу, на-
приклад мідний електрод у розчині
С118О4.
Внаслідок переходу іонів металу в розчин метал заряджається негатив-
но, а розчин - позитивно, тобто виникає електричне поле, яке напрямлене
від розчину до металу і перешкоджає дальшому розчиненню металу. Якщо
спочатку мав перевагу зворотний процес - осадження іонів з розчину на
електрод, то останній зарядиться позитивно.
В обох випадках різниця потенціалів, яка встановилася між металом і
розчином, зрівнює швидкості розчинення і кристалізації електрода; цю
різницю потенціалів називають
електролітичним потенціалом
певного
металу в певному розчині.
331
Якщо в той самий розчин занурити два електроди з різних металів, то
між електродами встановиться різниця потенціалів, яка дорівнює різниці
їх електролітичних потенціалів.
Отже, енергія хімічної взаємодії металу з електролітом перетворюєть-
ся в енергію електричного поля.
Пристрої, які застосовують для безпосереднього перетворення енергії хі-
мічної реакції в електричну енергію, називають
гальванічними елементами.
§ 127. Гальванічні елементи
В основу будови гальванічного елемента покладено явище
взаємодії металу з електролітом, що веде до виникнення в замкненому колі
електричного струму. Це явище було відкрито в кінці XVIII ст. італійським
ученим Л. Гальвані, на честь якого нові джерела струму назвали
гальваніч-
ними елементами.
Гальванічні елементи в основному складаються з двох
хімічно різних електродів, опущених у той чи інший електроліт.
Італійський фізик А. Вольта, зануривши мідну і цинкову пластинки в роз-
чин сірчаної кислоти, вперше дістав гальванічний елемент (елемент Вольти,
рис. 13.2). ЕРС елемента Вольти наближено дорівнює 1,1 В. ЕРС гальваніч-
ного елемента не залежить ні від розміру пластин, ні від кількості електролі-
ту, а визначається лише різницею електролітичних
потенціалів. У процесі роботи елемента Вольти на
його позитивному полюсі виділяється водень, а на
негативному - розчиняється цинк.
На практиці частіше застосовують інші елемен-
ти, які мають інший, ніж в елементі Вольти, набір
електродів і електроліту. Наприклад, в
елементі
Даніеля
, ЕРС якого 1,09 В, позитивним електродом
є мідь, занурена в сульфат міді (мідний купорос), а негативним - цинк, за-
нурений у цинковий купорос або сірчану кислоту.
ЕРС більшості гальванічних елементів від їх тривалого використання
зменшується, і вони перестають давати струм, швидше це відбувається в
елементі Вольти. Причина цього - поляризація електродів.
§ 128. Поляризація елементів і її усунення
В елементі Вольти під час його роботи є істотний недолік. Він
полягає в тому, що атоми водню, які виділяються на мідному електроді,
відразу після початку роботи елемента вкривають електрод і перешко-
332
джають доступу нових іонів водню. Внаслі-
док цього змінюється електролітичний потен-
ціал електродів, а отже, і їх різниця. Це явище
називають
поляризацією електродів.
Поля-
ризація електродів ніби створює проти ЕРС в
елементі (ЕРС поляризації), яка зменшує
силу струму в ньому. Щоб усунути поляри-
зацію елемента, до нього вводять окислювач -
речовину, яка сполучається з газом, що виді-
ляється. Такі окислювачі називають
деполя-
ризаторами.
Елементи з деполяризатором
називають
неполяризованими.
Ці елементи
працюють дуже стійко.
Побудовано дуже багато різних типів неполяризованих гальванічних
елементів, але принцип їх дії той самий.
Найбільш поширений у лабораторній практиці
елемент Лекланше
(рис. 13.3). Негативним полюсом цього елемента є цинк 2п, а позитивним -
графітовий стрижень С. Обидва електроди розміщені в розчині нашатирю
МН
4
С1, деполяризатором є перекис марганцю Мп0
2
, що міститься в мі-
шечку і
7
, у який вставлено графітовий стрижень. У процесі роботи елемента
в ньому відбувається хімічна реакція. Продуктами реакції є хлористий
цинк 2ПС1
2
, аміак Тч
т
Н
3
і водень Н
2
. Останній взаємодіє з перекисом мар-
ганцю, але досить повільно, тому від тривалої роботи елемент усе-таки
поляризується. ЕРС елемента Лекланше 1,5 В,
§ 129. Акумулятори
Акумулятори
Гальванічні елементи можуть працювати доти, поки повністю
буде витрачена запасена в них хімічна енергія (наприклад, розчиниться
цинк в елементі Лекланше). Іноді користуються такими гальванічними
елементами, в яких потрібна для їх дії хімічна енергія поновлюється за
допомогою електроліту. Такі елементи називають
акумуляторами
, а процес
нагромадження в них енергії (акумулювання енергії) за допомогою елек-
тролізу -
заряджанням акумулятора.
Для заряджання акумуляторів через
них пропускають струм від якого-небудь стороннього джерела в напрямі,
протилежному струму, який вони дають.
У техніці використовують акумулятори двох типів.
Кислотні акуму-
лятори
складаються із свинцевих пластин, опущених у розчин сірчаної
Рис. 13.3
333
ККД
60 %.
Застосування акумуляторів у техніці
працюють на акумуляторах, які в майбутньому замінять автомобілі.
334