Класифікація гальванічних елементів
Ознайомлення з історією створення хімічних джерел струму. Дослідження та аналіз принципу дії гальванічних елементів – пристроїв, призначених для безпосереднього перетворення енергії хімічної реакції на електричну. Визначення відмінностей катоду та аноду.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 22.05.2015 |
| Размер файла | 173,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Зміст
- Вступ
- 1. Історія створення хімічних джерел струму
- 2. Принцип дії
- 3. Класифікація гальванічних елементів
- Література
- Вступ
- Хімічні джерела струму в перебігу багатьох років міцно увійшли в наше життя. У побуті споживач рідко звертає увагу на відмінності використовуваних хімічних джерелах струму. Для нього це батарейки і акумулятори. Зазвичай вони використовуються в пристроях таких, як кишенькові ліхтарі, іграшки, радіоприймачі або автомобілі. У тому випадку, коли споживана потужність велика (10Ач), використовуються акумулятори, в основному кислотні, а також нікель - залізні і нікель - кадмієві. Вони застосовуються в портативних електронних обчислювальних машинах (Laptop, Notebook, Palmtop), носяться у засобах зв'язку, аварійному освітленні і пр.
- В силу ряду обставин хімічні генератори електричної енергії є найбільш перспективними. Їх переваги проявляються через такі параметри, як високий коефіцієнт виходу енергії; безшумність і нешкідливість; можливість використання в будь-яких умовах,в тому числі в космосі і під водою, в стаціонарних і переносних пристроях, на транспорті і т.д.
- В останні роки такі акумулятори широко застосовують у резервних джерелах живлення ЕОМ і електромеханічних системах, які нагромаджували енергію для можливих пікових навантажень і аварійного живлення електроенергією життєво - важливих систем.
- 1. Історія створення хімічних джерел струму
- Хімічні джерела струму (аббр. ХДС) - пристрої, в яких енергія хімічних реакцій, яка протікає в них, безпосередньо перетворюється в електричну енергію.
- Перший хімічне джерело струму було винайдене італійським вченим Алессандро Вольта в 1800 році. Це був елемент Вольта - посудина з солоною водою з опущеними в нього цинкової і мідної пластинками, сполученими дротом. Потім вчений зібрав батарею з цих елементів, яка надалі була названа вольтова стовпа. Цей винахід згодом використовували інші вчені у своїх дослідженнях. Так, наприклад, у 1802 році російський академік В. В. Петров сконструював Вольтів стовп з 2100 елементів для отримання електричної дуги. У 1836 році англійський хімік Джон Денієль удосконалив елемент Вольта, помістивши цинковий і мідний електроди в розчин сірчаної кислоти. Ця конструкція стала називатися «елементом Даніеля». У 1859 році французький фізик Гастон Планте винайшов свинцево-кислотний акумулятор. Цей тип елемента і донині використовується в автомобільних акумуляторах. У 1865 році французький хімік Ж. Лекланше запропонував свій гальванічний елемент (елемент Лекланше), що складався з цинкового стаканчика, заповненого водним розчином хлористого амонію або іншої хлористої солі, в який був поміщений агломерат з оксиду марганцю (IV)MnO2 з вугільним струмовідводом. Модифікація цієї конструкції використовується до цих пір в сольових батарейках для різних побутових пристроїв. У 1890 році в Нью-Йорку Конрад Губерт, іммігрант з Росії, створює перший кишеньковий електричний ліхтарик. А вже в 1896 році компанія National Carbon приступає до масовому виробництву перших у світі сухих елементів Лекланше «Columbia».
- 2. Принцип дії
Гальванічні елементи - пристрої, призначені для безпосереднього перетворення енергії хімічної реакції на електричну.
Гальванічний елемент Даніеля - Якобі складається з цинкової пластини, зануреної у розчин , та мідної пластини, зануреної у розчин . Розчини електролітів ( , ) розділяють електрохімічним ключем, який перешкоджає їхньому змішуванню, але забезпечує можливість переходу іонів з одного розчину в інший (рис.1).
Рис.1 - Схема гальванічного елемента Даніеля-Якобі
Якщо зовнішнє коло розімкнене, цинковий та мідний електроди перебувають у стані рівноваги:
Внаслідок цього на них виникають подвійні електричні шари і певні електродні потенціали. Ці потенціали різні, оскільки здатність віддавати електрони і переходити в розчин цинку та міді не однакова. Більш здатний до віддавання електронів цинк.
Якщо електроди з'єднати металічним провідником, електрони почнуть переходити з більш негативного цинкового електрода на мідний. Це спричинює зміщення рівноваги:
При замкненому зовнішньому колі в гальванічному елементі окислюється металічний цинк (утворені іони цинку переходять у розчин), на мідному електроді відбувається відновлення іонів міді (осаджується металічна мідь).
Сумарне рівняння окисно-відновної реакції, яка є джерелом електричного струму:
Внаслідок перебігу процесів на цинковому електроді катіони переходять у розчин і створюють у ньому надлишковий позитивний заряд, а біля мідного розчин, навпаки, збіднюється на катіони міді і має негативний заряд (за рахунок аніонів ). Електричне поле, що виникає, спричинює рух катіонів розчину ( ) до мідного електрода, а аніонів ( ) - від мідного електрода до цинкового. Внаслідок такого переміщення зарядів розчини біля електродів залишаються електронейтральними.
Під час роботи гальванічного елемента електричний струм у зовнішньому колі створюється спрямованим рухом електронів, у внутрішньому - іонів.
Рис. 2
У будь - якій електрохімічній системі назви електродів визначають за характером окисно-відновних процесів, які на них відбуваються.
Катод - електрод, на якому відбувається процес відновлення, і який приєднує електрони.
У гальванічному елементі він має негативний заряд.
Анод - електрод, на якому відбувається процес окиснення і який надсилає електрони в зовнішнє коло елемента.
У гальванічному елементі він має негативний заряд.
Схема роботи гальванічного елемента Даніеля - Якобі:
Електрорушійна сила ( ) - сила, завдяки якій відбувається переміщення електронів у зовнішньому колі елемента. Для точного вимірювання ЕРС гальванічного елемента потрібні спеціальні пристрої і такі умови, щоб у ньому практично не створювався електричний струм. Корисна робота, яку можна виконати за рахунок енергії хімічної реакції, залежить від її швидкості: вона максимальна в разі повільного, оборотнього перебігу реакції. Отже, корисна робота гальванічного елемента залежить від сили струму, який від нього відбирають. Цього досягають збільшенням опору вимірювального приладу. Тоді силу струму можна зменшити до мінімуму, швидкість реакції буде нескінченно малою, корисна робота - максимальною.
- кількість електронів;
- стала Фарадея.
,
заряд 1 моль електронів, оскільки для окиснення або відновлення 1 моль еквівалентів будь - яких частинок потрібно віддати або приєднати 1 моль електронів).
За сталих температури і тиску максимальна корисна робота
Отже, ЕРС гальванічного елемента характеризує максимальну корисну роботу, яку може виконати система в разі оборотнього перебігу в ній даної хімічної реакції. хімічний гальванічний катод
Якщо концентрації речовин, які беруть участь у реакції за стандартних умов дорівнюють 1 моль/л, то ЕРС елемента називають його стандартною електрорушійною силою :
Рівняння, що відображає зв'язок стандартної електрорушійної сили гальванічного елемента з константою рівноваги його окисно - відновної реакції:
ЕРС гальванічного елемента визначають як різницю електродних потенціалів:
3. Класифікація гальванічних елементів
Гальванічні первинні елементи - це пристрої для прямого перетворення хімічної енергії, укладених в них реагентів (окислювача і відновника), в електричну. Реагенти, що входять до складу джерела, витрачаються в процесі його роботи, і дія припиняється після витрати реагентів. Прикладом гальванічного елемента є елемент Даніеля -Якобі.
Широке поширення отримали марганцево-цинкові елементи, що не містять розчину електроліту (сухі елементи, батарейки). Так, у сольових елементах Лекланше цинковий електрод є катодом, електрод з суміші діоксиду марганцю з графітом служить анодом, графіт служить струмовідводом. Електролітом є паста з розчину хлориду амонію з добавкою борошна або крохмалю як загусник.
Лужні марганцево-цинкові елементи, в яких в якості електроліту використовується паста на основі гідроксиду калію, мають цілу низку переваг, зокрема істотно більшою ємністю, найкращою роботою при низьких температурах і при великих токах навантаження.
Сольові та лужні елементи широко застосовуються для живлення радіоапаратури і різних електронних пристроїв.
Вторинні джерела струму (акумулятори) - це пристрої, в яких електрична енергія зовнішнього джерела струму перетворюється в хімічну енергію і накопичується, а хімічна - знову перетворюється в електричну. Одним з найбільш поширених акумуляторів є свинцевий (або кислотний). Електролітом є 25-30% розчин сірчаної кислоти. Електродами кислотного акумулятора є свинцеві решітки, заповнені оксидом свинцю, який при взаємодії з електролітом перетворюється на PbSO4.
Також існують. Найбільше застосування отримали нікель-кадмієві та нікель-металгідридні акумулятори, в яких електролітом служить KOH.
У різних електронних пристроях (мобільні телефони, планшети, ноутбуки), в основному, застосовуються літій-іонні і літій-полімерні акумулятори, що характеризуються високою ємністю і відсутністю ефекту пам'яті.
Електрохімічні генератори (паливні елементи) - це елементи, в яких відбувається перетворення хімічної енергії в електричну. Окислювач і відновник зберігаються поза елементом, в процесі роботи безперервно і окремо подаються до електродів. У процесі роботи паливного елемента електроди не витрачаються. Відновлювачем є водень (H2), метанол (CH3OH), метан (CH4) в рідкому або газоподібному стані. Окислювачем зазвичай є кисень повітря або чистий. В киснево-водневому паливному елементі з лужним електролітом відбувається перетворення хімічної енергії в електричну. Енергоустановки застосовуються на космічних кораблях, вони забезпечують енергією космічний корабель і космонавтів.
Література
1. Фізична та колоїдна хімія / Кабачний В.І., Осипенко Л.К., Грицан Л.Д. та ін. - Х.: Прапор, В-во УкрФА, 1999. - С. 368.
2. Мороз А.С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдна хімія. - Львів: Світ, 1994. - С. 280.
3. Каданер Л.І. Фізична та колоїдна хімія. - К.: Вища школа, 1983. - С. 287.
4. Евстратова К.И., Купина И.А., Малахова Е.Е. Физическая химия. - М.: Высшая школа, 1990. - С. 487.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Перехід електронів між молекулами, зміна ступенів окиснення атомів елементів. Напрямок перебігу та продукти окисно-відновних реакцій. Визначення ступені окиснення елементів в сполуці методом електронно-іонного балансу. Правила складання хімічної формули.
презентация [258,8 K], добавлен 11.12.2013Напівреакції. Гальванічні елементи. Електрорушійна сила (е.р.с.) гальванічного елементу. Стандартні електродні потенціали. Окислювачі і відновлювачи. Мимовільність і ступінь протікання окислювально-відновних реакцій. Е.р.с. і зміна вільної енергії. Е.р.с.
реферат [42,3 K], добавлен 26.03.2004Історія відкриття періодичного закону хімічних елементів. Попередники Дмитра Івановича Менделєєва по систематизації хімічних елементів. Відкриття періодичного закону Д.І. Менделєєва. Значення періодичного закону для розвитку для розвитку хімічної науки.
реферат [27,9 K], добавлен 09.07.2008Дослідження параметрів, що характеризують стан термодинамічної системи. Вивчення закону фотохімічної еквівалентності, методу прискорення хімічних реакцій за допомогою каталізатора. Характеристика впливу величини енергії активації на швидкість реакції.
курс лекций [443,7 K], добавлен 12.12.2011Історія відкриття і розвитку хімічних джерел струму. Первинні та вторинні джерела струму. Види вторинних джерел: свинцевий кислотний, кадміємо-нікелевий та срібно-цинковий лужний акумулятори. Хімічні джерела струму на основі неводних електролітів.
курсовая работа [312,3 K], добавлен 11.05.2009Основні положення атомно-молекулярного вчення. Періодичний закон і система хімічних елементів Менделєєва. Електронна теорія будови атомів. Характеристика ковалентного, водневого і металічного зв'язку. Класифікація хімічних реакцій і поняття електролізу.
курс лекций [65,9 K], добавлен 21.12.2011Аналітичні властивості та поширення d-елементів IV періоду у довкіллі. Методи якісного та фотометричного хімічного аналізу. Експериментальна робота по визначенню йонів Ферум (ІІІ) та йонів Купрум (ІІ), аналіз та обговорення результатів дослідження.
дипломная работа [112,0 K], добавлен 16.03.2012Хімічні процеси, самоорганізація, еволюція хімічних систем. Молекулярно-генетичний рівень біологічних структур. Властивості хімічних елементів залежно від їхнього атомного номера. Еволюція поняття хімічної структури. Роль каталізатора в хімічному процесі.
контрольная работа [27,1 K], добавлен 19.06.2010Класифікація хімічних елементів на метали і неметали. Електронні структури атомів. Електронегативність атомів неметалів. Явище алотропії. Будова простих речовин. Хімічні властивості простих речовин. Одержання неметалів. Реакції іонної обмінної взаємодії.
курс лекций [107,6 K], добавлен 12.12.2011Методи дослідження рівноваги в гетерогенних системах. Специфіка вивчення кінетики хімічних реакцій. Дослідження кінетики масообміну. Швидкість хімічної реакції. Інтегральні методи розрахунку кінетичних констант. Оцінка застосовності теоретичних рівнянь.
курсовая работа [460,7 K], добавлен 02.04.2011Прості та складні речовини. Валентність атомів елементів. Швидкість хімічних реакцій, хімічна рівновага. Будова атома і періодична система елементів Д.І. Менделєєва. Полярний і неполярний ковалентний зв’язки. Характеристика металів. Поняття про розчини.
учебное пособие [22,0 M], добавлен 20.03.2012Загальна характеристика d-елементів. Властивості елементів цієї групи та їх простих речовин. Знаходження в природі. Хімічні реакції при одержанні, опис властивостей солей. Характеристика лантаноїдів та актиноїдів. Розчинення в розведених сильних кислотах.
курс лекций [132,9 K], добавлен 12.12.2011Інтеграція природничо-наукових знань як нагальна потреба сучасної освіти. Відображення міжпредметних зв’язків у програмах з хімії (порівняльний аналіз). Класифікація хімічних реакцій за різними ознаками. Реакції сполучення, розкладу, заміщення, обміну.
дипломная работа [133,1 K], добавлен 13.11.2008Люмінесцентні властивості іонів рідкісноземельних елементів. Явище люмінесценції, його характеристики й класифікація. Люмінесцентні характеристики речовин. Схеми енергетичних рівнів іонів рідкісноземельних елементів, їх синтез методом хімічного осадження.
курсовая работа [946,0 K], добавлен 28.04.2015Основні чинники, які впливають на швидкість хіміко-технологічного процесу. Рівняння швидкості масопередачі гетерогенних процесів. Способи визначення приватного порядку. Метод підбора кінетичного рівняння. Графічний метод визначення порядку реакції.
реферат [56,1 K], добавлен 23.02.2011Атомно-абсорбційний аналіз - метод кількісного елементного аналізу по атомних спектрах поглинання (абсорбції) рідини. Принципова схема полум'яного атомно-абсорбційного спектрометра. Визначення деяких токсичних елементів за допомогою даного методу.
курсовая работа [193,5 K], добавлен 22.05.2012Класифікація неорганічних сполук. Типи хімічних зв’язків у комплексних сполуках, будова молекул. Характеристика елементів: хлор, бор, свинець. Способи вираження концентрації розчинів. Масова частка розчиненої речовини, молярна концентрація еквіваленту.
контрольная работа [34,5 K], добавлен 17.05.2010Хімічний елемент Купрум у земній корі не надто поширений, всього лише 0,01 %, але він достатньо часто зустрічається і в самородному вигляді. Хімічний елемент Купрум розташований у періодичній системі хімічних елементів під порядковим номером 29.
реферат [99,5 K], добавлен 24.06.2008Швидкість хімічної реакції. Залежність швидкості реакції від концентрації реагентів. Енергія активації. Вплив температури на швидкість реакції. Теорія активних зіткнень. Швидкість гетерогенних реакцій. Теорія мономолекулярної адсорбції Ленгмюра.
контрольная работа [125,1 K], добавлен 14.12.2012Якісний аналіз нікелю. Виявлення нікелю неорганічними та органічними реагентами, методи його відділення від супутніх елементів. Гравіметричні методи та електровагове визначення. Титриметричний метод визначення нікелю з використанням диметилдіоксиму.
курсовая работа [42,5 K], добавлен 29.03.2012
