ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

Металл ион электроны.
При погружении в воду:
Меn+ + mН2О ↔ Меn+∙mН2О
Ион гидратир. ион
Суммарное уравнение этих процессов:
Ме0 + mН2О ↔ Меn+∙mН2О + nе.

положительно заряженные ионы металла и удерживает их вблизи его поверхности.

На границе металл – раствор образуется двойной электрический слой. Возникновение которого характеризуется электродным (ОВР) потенциалом: ЕМеn+/Ме или Еокисл/восст.

Потенциал, измеренный в стандартных условиях (t=250С, с=1 моль/л, для газообразных веществ р=101,3 кПа) называется стандартным потенциалом и обозначается Е0.

↔ ½ Н2; ΔG = 0

= -0,0295 lg рН2 – 0,059рН.
С увеличением давления и рН

среды электродный потенциал уменьшается.
Е0Н2=0В.
Относительно водородного электрода померены потенциалы всех металлов.

+ 1/2 Н2 ↔ Ме + nН+

1 моль/л:
3) Условия: Т=250С, СМеn+ = 1 моль/л:
ЕМеn+/Me= Е0Mеn+/Me
Для разбавленных

растворов аМеn+=сМеn+.

стоит металл, тем он активнее, тем легче отдает электроны, тем

труднее его ионы принимают электроны, т.е. восстанавливаются.
2) Каждый металл вытесняет все следующие за ним в ряду металлы из растворов их солей.(кроме металлов левее магния, т.к. они сначала взаимодействуют с водой, вытесняя водород).
3)металлы, левее водорода, вытесняют водород из кислот не окислителей (НС1, СН3СООН, Н2SО4(р) и др.).
4)металлы, после водорода не могут вытеснять водород из кислот не окислителей.

элементом.

Е0Zn2+/Zn < Е0Cu2+/Cu
Цинк-анод, медь-катод
А(-) Zn0 – 2е ↔ Zn+2
К(+)Cu+2 +2е ↔ Сu0
_______________________________
Cu+2 + Zn0 ↔ Сu0 + Zn+2.

в электрохимии называются анодными, а электроды, на которых идут процессы

окисления, называются анодами.
2) Реакция восстановления. Процессы восстановления в электрохимии называются катодными, а электроды, на которых идет восстановление, называются катодами.
3) Движение электронов во внешней цепи.
4) Движение ионов в растворе : анионов к аноду, а катионов к катоду.
Схема медно-цинкового гальванического элемента:
А(-)Zn│ Zn+2║ Cu+2│Сu (+)К
│______________↑
2е

гальванического элемента называется электродвижущей силой (ЭДС) элемента.
ε=Ек – Еа
Стандартной

называется ЭДС элемента, если парциальные давления исходных веществ и продуктов реакции равны 1 или активности исходных веществ и продуктов реакций равны 1.
Максимальная работа ГЭ:Wм.р=nFЕ.
Максимальная полезная работа: Wм.п.р=- ΔG.
Wм.р=Wм.п.р , поэтому ΔG =- nFЕ

цепи тока. При прохождении электрического тока потенциал электродов изменяется.
Изменение

потенциала электрода при прохождении тока называется поляризацией:
ΔЕ = Еi – Ер
В зависимости от площади электрода при одном и том же потенциале могут быть разные токи.
Отношение тока I к площади электрода называется плотностью тока i:
i=I/S.

поляризационной кривой.

Величину поляризации электрода
можно определить по разности
между потенциалом при прохождении
тока Еi и равновесным потенциалом Ер.
Для получения большего тока
необходимо большее отклонение
потенциала от его равновесного
значения. Т.о. скорость электрохимической
реакции можно увеличивать
увеличением поляризации.
Поляризация тем выше, чем больше плотность тока.

электрохимическая реакция;
в) отвод продуктов реакции от электрода
Изменение потенциала электрода,

вследствие изменения концентрации реагентов в при электродном слое при прохождении тока называется концентрационной поляризацией.
Изменение концентрации реагентов вызывает замедленность подвода реагентов к электроду или отвода продуктов реакции от электрода.
С увеличением плотности тока увеличивается концентрационная поляризация.

Концентрационная поляризация уменьшается с увеличением коэффициента диффузии и концентрации реагента и уменьшении толщины диффузионного слоя.

перенапряжением.
Скорость электрохимической реакции увеличивается с увеличением температуры и использовании катализаторов,

т.к. снижается энергия активации.
Связь между перенапряжением ΔЕэл. и плотностью тока: ΔЕэл = а + b lgi, где а и b – константы.
b зависит от природы реакции и температуры ( при 298 К обычно имеет значение 0,03 – 0,15; чаще 0,10 – 0,12).
а- зависит от природы реакции, материала электрода, состава раствора и температуры.

плотности тока.
Снижается перенапряжение применением электродов–катализаторов, увеличением температуры, концентрации реагентов. Перенапряжение

не зависит от перемешивания раствора.

прямого преобразования химической энергии заключенных в них реагентов в электрическую.

Реагенты (окислитель и восстановитель) входят непосредственно в состав гальванического элемента и расходуются в процессе работы. Является источником тока одноразового действия.
Характеристики ГЭ:
Напряжение элемента меньше ЭДС из-за поляризации электродов и омических потерь. При увеличении плотности тока U уменьшается.
2) ЭДС. При уменьшении концентрации реагентов ЭДС уменьшается.
3) Емкость элемента – это количество электричества, которое источник тока отдает при разрядке. При увеличении тока разряда и уменьшении температуры емкость элемента уменьшается.
4) Энергия элемента равна произведению его емкости на напряжение. Увеличивается с увеличением количества реагентов, запасенных в элементе, увеличением температуры, уменьшением тока разряда.
5) Удельная энергия- энергия, отнесенная к единице массы или объёма элемента. При увеличении тока удельная энергия элемента уменьшается.
6) Сохранимость - срок хранения элементов, в течение которого его характеристики остаются в заданных пределах. С увеличением температуры сохранимость уменьшается.

аноде:
анодное окисление цинка
На катоде:
Mn (IV) восстанавливается до Mn(III).

Токообразующая реакция:
Zn+NН4С1+2MnО2=[Zn(NН3)2]С12+2MnООН

и в процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются,

элемент может работать длительное время.
Удельная энергия топливного элемента значительно выше энергии гальванических элементов.
Кислородно-водородной топливный элемент с щелочным электролитом:
Н2,М│КОН│М,О2
М – проводник 1-го рода, играющий роль катализатора электродного процесса и токоотвода.
На аноде: Н2 +2ОН- -2е = 2Н2О.
На катоде: ½ О2 + Н2О +2е = 2ОН-
Токообразующая реакция: Н2 + ½ О2 = Н2О.

меньше ЭДС. Снижение поляризации топливного элемента достигается применением катализаторов, увеличением

поверхности электродов, повышением температуры и концентрации (или давления) реагентов.
В отличии от ГЭ топливные могут работать без вспомогательных устройств. Для увеличения напряжения топливные элементы соединяются в батареи.
Установку состоящую из батарей топливных элементов, систем хранения, обработки и подвода топлива и окислителя, отвода продуктов реакции, поддержания и регулирования температуры в элементах, а также преобразования тока и напряжения, называют электрохимической энергоустановкой.
Эти установки преобразуют химическую энергию в электрическую и имеют более высокий КПД по сравнению с тепловыми машинами, меньше загрязняют окружающую среду.

а химическая – снова в электрическую.
Процесс накопления химической энергии –это

заряд аккумулятора, процесс превращения химической энергии в электрическую – разряд аккумулятора.
При заряде аккумулятор работает как электролизер, при разрядке – как ГЭ.
Процессы зарядки и разрядки осуществляются многократно

высокую ЭДС и малое её изменением при разрядке.
Недостатки: большая

удельная энергия, саморазряд аккумулятора при хранении и малых срок службы.

или железо. Ионным проводником служит 20-23%-ный раствор КОН.
Суммарная токообразующая реакция

для никель – кадмиевого аккумулятора:

Суммарная токообразующая реакция для никель – железного аккумулятора:

Достоинства: большой срок службы и высокая механическая прочность.
Недостатки: невысокие КПД и напряжение.