Гальваникалық элементтер. Гальваникалық элементтердің сандық сипаттамалары.

Химиялық реакцияның энергиясы электр энергиясына айналатын, кемінде екі немесе бірнеше электролиттерден тұратын жүйені гальваникалық элементдеп атайды.

Келесі гальваникалық элементтерін айырады:

1. тотығу - тотықсыздану

2. концентрациялық

Якобидің тотығу-тотықсыздану гальваникалық элементін қарастырайық. Гальваникалық элементтерді жазудың үлгісі қабылданған: сол жақта теріс зарядқа ие болатын электрод көрсетіледі, содан соң тік сызық металл-ерітінді шекарасын білдіреді, содан кейін қос тік сызығы екі электролит ерітінділерін бөледі, содан соң тағы да тік сызық және оң зарядқа ие болатын екінші металл көрсетіледі.

Гальваникалық элементтердің сандық сипаттаушысы болып электрқозғаушы күш (ЭҚК) саналады.

ЭҚК – бұл электр өрісінің бір нүктесінен басқасына заряд бірлігін тасымалдау жұмысы. ЭҚК электрод потенциалдарының алгебралық қосындысы ретінде анықталады.

Қалыпты электрқозғаушы күш ( ) деп гальваникалық элементтің стандартты жағдайда және электролит ерітіндісінің активтігі бірге тең болғандағы ЭҚК айтады:

(1)

(1) теңдеуден көрінетіндей, диффузиялық потенциал гальваникалық элементтің ЭҚК азайтады, сондықтан электродты потенциалдың әсерін жоққа шығарады. Сондықтан, электролитер ерітінділері калий хлориді бар тұздық кішкіне кпір арқылы қосылады.

Диффузиялық потенциал деп иондар қозғалғыштықтарының айырмашылығына байланысты бөлу шегінде пайда болатын потенциалды айтады. ерітіндісінде иондар қозғалғыштығы шамамен бірдей:

(2)

(3)

(4)

ЭҚК пайда болу негізінде химиялық үрдіс жатады. Оның энергиясы бізге электр энергиясын береді. Бұл кезде химиялық үрдістің өзі гальваникалық элементтің әртүрлі бөлімшелерінде жүреді. Бұл үрдіс катионды және анионды деп бөлінеді.

Мырыш пластинкасында еруі жүреді, яғни тотығыуы. Демек, мырыш пластинкасы ериді және алынады:

Нәтижесінде гальваникалық элементте келесі үрдіс өтеді:

(5)

(6)

(7)

2. Потенциалдар мен ЭҚК концентрацияға тәуелділігі.ЭҚК концентрацияға тәуелділігі Нернст теңдеуі бойынша анықталады:

(8)

3. Гальваникалық элементтердің термодинамикасы. Егер гальваникалық элемент сыртқы кедергіге тұйықталған болса (егер R өте үлкен алсақ), онда гальваникалық элементің жүйесінде максимальді пайдалы жұмысты беруге мүмкіндігі бар кері үрдіс орнатылады, яғни:

1) (1)

2) (2)

3) (3)

4) (4)

(5)

- бұл әртүрлі температураларда ЭҚК өлшеу арқылы анықталатын ЭҚК коэффициенті.

5) (6)

(7)

(8)

Әдебиеттер:

1. Физическая химия. Учебное пособие для металлургического факультета/ Жуховицкий А.А., М.: Металлургиздат, 1963. – 67.

2. Физическая химия. Теоретическое и практическое руководство под.ред. Никольского – Л: Химия, 1987. – 879с.

3. Физическая химия. Учебник А.Г. Стромесперг, Д.П.Семченко, под. ред. Стромесепрга – 4-е изд., испр. – М., Высшая школа, 2001 – 527с.

4. Химическая термодинамика: Учебное пособие / А.Н. Крестовников, Вигдорович В.Н., М.: Металлургиздат, 1962-280с

5. Химическая термодинамика: 3-е изд., перараб.и доп. М.Х. Карапетьянц – М: Химия, 1975 – 584с.