Реферат на тему электрохимия

Обновлено: 03.07.2024

Коррозия металлов — это разрушение металлов в результате взаимодействия с окружающей средой. Общеизвестный случай — ржавление железа. Стойкими против коррозии являются только благородные металлы (Ag, Au, Pt). Из-за коррозии многие ценные свойства металлов утрачиваются: уменьшается прочность, эластичность, ухудшаются электрические и магнитные свойства металлов, изменяются размера деталей, свойства… Читать ещё >

Основы электрохимии ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Министерство cельского хозяйства Российской Федерации Уральская государственная сельскохозяйственная академия Кафедра химии ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ Методические указания для самостоятельной работы студентов 1 курса факультета механизации.

сельского хозяйства УрГСХА Екатеринбург, 2001.

  • 1. Гальванические элементы
  • 2. Электролиз
  • 2.1 Электролиз расплава
  • 2.2 Электролиз раствора
  • 2.3 Законы электролиза (законы Фарадея)
  • 3. Химические источники тока
  • 3.1 Свинцовый (кислотный) аккумулятор
  • 3.2 Щелочные аккумуляторы
  • 3.3 Топливные элементы
  • 4. Коррозия металлов
  • 4.1 Химическая коррозия
  • 4.2 Электрохимическая коррозия
  • 4.3 Защита от коррозии
  • Литература
  • Электрохимия изучает закономерности, связанные с превращением химической и электрической энергии. Электрохимия включает три основных раздела: электропроводность, электролиз, электродвижущие силы гальванических элементов.

1. Гальванические элементы

В окислительно-восстановительных реакциях происходит переход электронов от одних атомов или ионов к другим, при этом химическая энергия превращается в тепловую.

Гальваническим элементом называется прибор, в котором происходит превращение химической энергии в электрическую за счет окислительно-восстановительной реакции, при отсутствии непосредственного контакта между веществами и переход электронов осуществляется с помощью металлического проводника.

Механизм гальванического элемента связан со структурой металла, в узлах кристаллической решетки которой находятся ионы. При погружении металла в воду, ионы, имеющиеся на поверхности, гидратируются полярными молекулами воды и переходят из пластинки в раствор, оставляя на пластинке электроны, которые заряжают ее отрицательно. Вследствие электростатического притяжения, ионы цинка из раствора притягиваются к цинковой пластинке, что препятствует дальнейшему переходу ионов цинка в раствор, устанавливается подвижное равновесие и образуется двойной электрический слой (ДЭС). Скачок потенциала, возникающий на границе между металлом и раствором, называется электродным потенциалом. Чем активнее металл, тем больше ионов переходит в раствор и тем больше величина отрицательного заряда. Так как цинковая пластинка заряжается отрицательно, то такой электродный потенциал считается отрицательным.

На медном электроде происходит иное явление: энергия электронно-ионной связи в медной пластинке больше, чем в цинке, поэтому катионы меди переходят из раствора на пластинку в большем количестве, чем с поверхности металла в раствор, и медная пластинка заражается менее отрицательно, чем цинковая, а прилегающий к ней слой жидкости отрицательно. Такой электродный потенциал считается положительным.

Электродом гальванического элемента называется система, состоящая из металла, погруженного в раствор ионов этого же металла.

При соединении медной и цинковой пластинок металлическим проводником ионы более активного металла (цинка) переходят в раствор,.

адсорбируются на пластинке и электроны, имеющиеся в избытке на цинковой пластинке пойдут от цинковой пластинки к медной, в результате чего возникнет электрический ток. Электроны, попадая на медную пластинку, нейтрализуют ионы меди, имеющиеся в растворе и ионы меди осаждаются на медной пластинке. Уменьшение электронов на цинковой пластинке компенсируется переходом в раствор новых ионов цинка, нарушается ДЭС, при этом сульфат-ионы переходят от медной пластинке к цинковой.

Гальванические элементы изображаются в виде схем:

A (-) Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu (+) K

A (-) Zn | ZnSO4 (С, моль/л) || CuSO4 (С, моль/л) | Cu (+) K.

A (-) Zn | Zn 2+ || Cu 2+ | Cu (+) K

A (-) Zn | Zn 2+ (С, моль/л) || Cu 2+ (С, моль/л) | Cu (+) K.

Электродные процессы выражаются уравнениями:

Zn 0 — 2 e => Zn 2+ (процесс окисления)

(К) Сu 2+ + 2 e => Cu 0 (процесс восстановления)

_________________________

Zn 0 + Cu 2+ => Cu 0 + Zn 2+ .

В гальваническом элементе имеются 4 границы возникновения разности потенциала:

между первым металлом и раствором его соли возникает электродный потенциал (е 1);

между вторым металлом и раствором его соли возникает еще один электродный потенциал (е2);

на границе между двумя растворами возникает диффузный потенциал вследствие различия в подвижности ионов, который устраняется включением между растворами электролита, имеющего у обоих ионов одинаковую подвижность, чаще всего используют насыщенный раствор хлорида калия (солевой мостик);

на границе между двумя металлами из-за перехода электронов, возникает контактный потенциал, но его значение учитывается при определении электродного потенциала.

Таким образом, электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента равна разности электродных потенциалов:

ЭДС = екатода - еанода,

причем екатода > еанода, то есть катодом является электрод, имеющий большее значение электродного потенциала, а анодом меньшее.

Уравнение электродного потенциала (уравнение Нернста):

или e = e 0 + 2.303. RT/ nF. lq [CM n + ],

где е — электродный потенциал, В;

R — универсальная газовая постоянная, R = 8.31 Дж/ град. моль;

Т — абсолютная температура, К;

F — постоянная Фарадея, F = 96 500 кулон;

n — валентность иона металла;

С — концентрация ионов металла в растворе; CM n + = б. Cсоли

(б — степень диссоциации);

е 0 - стандартный (нормальный) электродный потенциал, он равен электродному потенциалу, когда концентрация ионов металла в растворе равна единице: С = 1 моль/л => lq 1 = 0 => e = e 0 . Величины стандартных электродных потенциалов металлов определены экспериментально относительно стандартного водородного электрода, потенциал которого условно принят равным нулю: е 0 (H2/ 2Н + ) = 0.

Электрохи́мия — раздел химической науки, в котором рассматриваются системы и межфазные границы при протекании через них электрического тока, исследуются процессы в проводниках, на электродах (из металлов или полупроводников, включая графит) и в ионных проводниках (электролитах). Электрохимия исследует процессы окисления и восстановления, протекающие на пространственно-разделённых электродах, перенос ионов и электронов. Прямой перенос заряда с молекулы на молекулу в электрохимии не рассматривается.

  • Электрод (электрохимия)
  • Ион, подвижность ионов
  • Анод
  • Катод
  • Потенциал, Стандартный электродный потенциал
  • Электропроводность
  • Электролит
  • Электроосаждение, Гальванопластика, Гальваностегия
  • Электролиз
  • Электродиализ
  • Импеданс
  • Закон Фарадея, Число Фарадея
  • Плотность тока
  • Выход по току
  • Перенапряжение (электрохимия)
  • Плотность тока обмена, Предельная диффузионная плотность тока
  • Уравнение Тафеля
  • Рассеивающая способность (электролита)

Традиционно электрохимию разделяют на теоретическую и прикладную.

  • Электролитическая диссоциация
  • Термодинамика растворов
  • Теория Дебая-Хюккеля
  • Диффузия
  • Миграция ионов
  • Электропроводность растворов
  • Расплавы
  • Твердые электролиты

Электрохимия гетерогенных систем

  • Электрохимическая термодинамика
  • Двойной электрический слой
  • Адсорбция
  • Электрохимическая кинетика
  • Химические источники тока (ХИТ)
  • Гальванотехника, Гальванопластика
  • Электрохимические производства
  • Технология печатных плат

Электролиз требует внешнего источника электрической энергии, который обеспечивает возникновение и поддержание принудительного потенциала и протекание электрохимических процессов на аноде и катоде, размещённых в электрохимической ячейке (например, в промышленном электролизёре).

icon

Средний срок выполнения: 2 дня

Последние работы на эту тему по предмету "химия"

ВВЕДЕНИЕ В данной работе рассмотрены вопросы химической и электрохимической коррозии, а также коррозионная стойкость конструкционных стоматологических материалов. Эти вопросы тесно связаны между собой, так как для определения и оценки коррозионной стойкости материалов необходимо понимать сущность

Введение Производство и разработка новых видов электрохимических элементов остаётся актуальным, так как электрохимические элементы без проблем вошли в нашу жизнь и активно используются в повседневной жизни. Разработка новых видов электрохимических элементов, в частности топливных элементов, вле

Введение Электрохимия – наука, исследующая процессы превращения энергии химической реакции в электрическую и, наоборот, электрической энергии в химическую. Можно сказать, что электрохимия воссоединила в себе два процесса: электрический и химический процессы. Электрохимия изучает законы взаимного

Последние работы на эту тему по предмету "материаловедение"

ВВЕДЕНИЕ При наличии в растворе газообразного кислорода и не возможностью протекания процесса коррозии с водородной деполяризацией основную роль деполяризатора исполняет кислород коррозионные процессы, у которых катодная деполяризация осуществляется растворенным в электролите кислородом, называют

ВВЕДЕНИЕ Важнейшим условием повышения эффективности общественного производства и улучшения качества продукции является ускорение темпов научно-технического прогресса, что достигается, в частности, техническим перевооружением производства и широким внедрением прогрессивной техники и технологии. Пе

Введение Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Их широкое внедрение в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII-XIX веков. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы перв

Последние работы на эту тему по предмету "электроника, электротехника, радиотехника"

Введение Одной из основных проблем, с которой сталкиваются в электрохимической промышленности и при зарядке аккумуляторных батарей является электропитание. Для данных нужд и разработано такое устройство, как источник питания (ИП). При выборе такого прибора нужно учесть целый ряд необходимых фактор

Источники питания для электрохимии и заряда акум. батарей. Объем примерно 5 страниц, задача сравнить качественно.

Электрохи́мия — раздел химической науки, в котором рассматриваются системы и межфазные границы при протекании через них электрического тока, исследуются процессы в проводниках, на электродах (из металлов или полупроводников, включая графит) и в ионных проводниках (электролитах). Электрохимия исследует процессы окисления и восстановления, протекающие на пространственно-разделённых электродах, перенос ионов и электронов. Прямой перенос заряда с молекулы на молекулу в электрохимии не рассматривается.

Содержание

История

XVI—XVIII столетия



В 1663 г. немецкий физик Отто фон Герике создаёт первый электрический генератор, который вырабатывал статическое электричество благодаря трению. Генератор представлял собой стеклянный шар с рукояткой, покрытый толстым слоем серы. Шар раскручивался вручную и при трении о подушечки пальцев, образовывалась электрическая искра. Заряженный шар использовали в экспериментах по электричеству.



XIX столетие

В 1820 г. Г. Х. Эрстед открывает магнитный эффект электрического тока, что было эпохальным открытием. Андре-Мари Ампер (André-Marie Ampère) повторяет эксперимент Эрстеда и описывает его математически.

В 1821 г. немецко-эстонский физик Т. Зеебек демонстрирует появление термоэлектрического потенциала в точке соединения двух разнородных металлов, при наличии разницы температуры в этой точке.

В 1827 г. немецкий ученый Г. Ом (Ohm, Georg Simon) представляет свой закон в известной книге Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet" (гальваническая цепь, математическая обработка) и полностью описывает свою теорию электричества.

В 1832 г. знаменитый английский физик Майкл Фарадей (Michael Faraday) открывает законы электролиза и вводит такие понятия как электрод, электролит, анод, катод, анион, катион.

В 1836 г. Д. Даниэль создаёт первичный источник тока. Даниель занимается проблемой поляризации. В 1839 г. английский физик Уильям Роберт Грове (Grove) создаёт первый топливный элемент. В 1866 г. француз Жорж Лекланше (Georges Leclanché) патентует новый элемент — угольно-цинковый гальванический элемент.

В 1886 г. Поль Луи Туссен (Paul Héroult) и Чарльз Холл (Charles M. Hall), одновременно и независимо, разрабатывают промышленный способ получения алюминия путём электролиза на основе законов Фарадея.

В 1894 г. Ф. Оствальд (Friedrich Ostwald) завершает важные исследования электропроводности и электродиссоциации органических кислот.

В 1888 г. В. Нернст развивает теорию электродвижущей силы первичного элемента, состоящего из двух электродов, разделённых раствором электролита. Он выводит уравнение, известное как Уравнение Нернста — уравнение зависимости электродвижущей силы и концентрации ионов.

XX столетие

Бурное развитие электрохимии. В 1902 г. — образование электрохимического общества — The Electrochemical Society (ECS). 1949 г. — Международного электрохимического общества — International Society of Electrochemistry (ISE). В 1959 г. чешский учёный Ярослав Гейеровский (Jaroslav Heyrovský) получает Нобелевскую премию за изобретение и развитие нового вида электрохимического анализа — полярографии.

Советская школа электрохимиков

Значение

Основные понятия

  • Электрод (электрохимия) , подвижность ионов , Стандартный электродный потенциал , Гальванопластика, Гальваностегия
  • Закон Фарадея, Число Фарадея
  • Перенапряжение (электрохимия)
  • Плотность тока обмена, Предельная диффузионная плотность тока
  • Рассеивающая способность (электролита)

Разделы электрохимии

Традиционно электрохимию разделяют на теоретическую и прикладную.

Теоретическая электрохимия

Теория электролитов

Электрохимия гетерогенных систем

  • Электрохимическая термодинамика
  • Электрохимическая кинетика

Прикладная электрохимия

    (ХИТ) , Гальванопластика
  • Электрохимические производства
  • Технология печатных плат

Электролиз

Электролиз требует внешнего источника электрической энергии, который обеспечивает возникновение и поддержание принудительного потенциала и протекание электрохимических процессов на аноде и катоде, размещённых в электролитической ячейке (например, в промышленном электролизёре).

Электролиз расплавленного хлорида натрия

Коррозия и защита от коррозии

Коррозия — термин, применяемый обычно в отношении процесса разрушения металлов ржавчиной, которое вызывается электрохимическими процессами.

Большинство людей знакомо с коррозией железа, в форме оранжево-коричневой или чёрно-бурой ржавчины. Ежегодно коррозия уничтожает приблизительно 10 % выплавляемых чёрных металлов. Другими примерами являются появление чёрных пятен на серебре или позеленение меди. Стоимость замены металлических объектов, выведенных из строя вследствие коррозии, составляет миллиарды долларов США в год.

Коррозия железа и чёрных металлов

Электрохимия неводных растворов

Исследования в водных растворах ограничены электрохимической устойчивостью воды, как растворителя. Электролиз расплавленных сред не всегда приемлем, так как простые и комплексные солевые системы, включая эвтектические расплавы, имеют слишком высокую температуру плавления. Неводные растворы в органических растворителях, в жидком диоксиде серы и т. п. позволяют осуществить многие процессы, слишком энергоёмкие или полностью невозможные в воде или расплавах.

Читайте также: