|
Читайте также: |
Частицы дисп.фазы кол.растворов наз-т кол-ми частицами. Коллоидные частицы несут на себе заряд, что обуславливает притяжение к ним диполей воды. На поверхности частицы созд-ся гидратная оболочка. Св-ва:
1.характерно движение частиц дисп.фазы,вызываемое беспорядочными ударами со стороны молекул среды, находящихся в тепловом движении
2.концентрация кол.растворов одинакова по всему объему системы
3.сохранение кол.степени дисперсности во времени обусловлено наличием одноименного эл-го заряда частиц фазы, вызывающ. их отталкивание.
СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ КОЛЛОИДОВ. ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
МИЦЕЛЛА. СВ-ВА
Кол. частица состоит из ядра, адсорбирующего из окруж. среды иона другого вида, эти ионы наз-ся зарядообразующими. Ядро кол. частицы притягивает к себе из среды ионы противопол. знака. все сочетание, сост. из кол. частицы и эквивал-ой ей части дисперсной среды, наз-ся мицеллой.
Т.е, мицелла:
-ядро
-адсорбирующий слой
-слой противоионов
Кол. частица — это мицелла и диффузионный слой противоионов.
Оптич. св-во:
Если пропускать пучок света через совершенно прозрачный кол. раствор, то он станов. видимым.
Элект. св-во:
Частицы дисперсной фазы перемещаются к аноду при возд.пост.эл.тока, а частицы дисперсионной среды — к катоду. Дисп. фаза несет на себе заряд противоп.заряду среды.
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ (ОВР). ИОННО-ЭЛЕКТРОННЫЙ МЕТОД УРАВНИВАНИЯ ОВР. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ ПРОТЕКАНИЯ ОВР.
ОВР- реакции, протекающие с изменением степени окисления.
Степень окисления - условный заряд, вычисленный в предположении, что соед-е сост. только из атомов, ионов и электронов. ОВР сост. из процессов окисления и восстановления. Окисление-процесс отдачи электронов. Восстановление-процесс присоед-я эл-в, понижение ст.окисления. окислитель всегда восстанавливается и наоборот.
Любая ОВР состоит из процессов окисления и восстановления:
Окисление — это процесс отдачи электронов при этом происходит понижение степени окисления.
Восстановление — это процесс присоединения электронов, при этом происходит понижение степени окисления.
Реакции, в кот. ок-ль. и восст-ль предс. собой различные ве-ва наз. межмолеклярными. Если ок-ль и восс-ль атомы одной молекулы - внутримолекулярные.
Разновидностью ОВР является - р-я диспропорционирования, т.е. самопроизв-го окисления или восстановления, это ок-е или восс-е атомов или ионов одной и той же молекулы.
Любую реакцию ОВР рассматривают исходя из осн. определения реакции с переносом электрона для составления электронного баланса и применяют метод полуреакции (электронно-ионный).
Стадии окисления и восст-я разделены: 1.установление формул исх. в-в и продуктов реакции. 2.опред. степени окисления элементов. 3.опред. числа эл-в, отдаваемых восст-ем и приним-х ок-лем. 4.опред. коэффициентов при всех веществах.
Направление по энергии Гиббса. G<0 — в прямом направлении
ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ. СТАНДАРТНЫЙ ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ. ВОДОРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ. УРАВНЕНИЕ НЕРНСТА.
ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ
Электрохимические процессы — процессы взаимопревращения хим. и электрич-ой форм энергии, протекающие на электродах.
Электрод — любой металл или токопроводящий материал, погруженный в р-р электролита. Между ними подвижное равновесие: Меn++ne-=Me0. при погружении Ме в р-р нач-ся сложное взаимодействие Ме с компонентами р-ра электролита. Гидратированные ионы Ме, находящиеся у поверхности электрода, и оставшиеся на Ме избыточные электроны, образуют две противозаряженные плоскости, аналогичные обкладке плоского конденсатора. И на границе раздела возникает двойной электрич-й слой. Переход ионов Ме с электрода в раствор приводит к равновесному состоянию системы, потенциал на поверхности Ме равновесный и зависит от св-в Ме и концентрации его ионов в р-ре.
Стан-й водородный потенциал: 2H++2e-=H20
Ст.электр.потенциал Ме:
Электродный потенциал, измеренный относительно стандартного водородного потенциала при условии, что концентрация свободных гидратированных ионов Ме равна 1 моль/л раствора электролита.
Уравнение Нернста: OX+ne-=Red,
Ox-окисленная форма, Red-восстановленная.
потенциал:φox/red= φ0ox/red —(RT/nF)ln(Cox/Cred),
R-газ.пост.=8, 31, F-пост.Фарадея, n-число ℮, переданных окислителем. Или:
φox/red= φ0ox/red —(0,058/n)lg(Cox/Cred),
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ: УСТРОЙСТВА, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ НА АНОДЕ И КАТОДЕ.
Гальваническими первичными элементами называют устройства для прямого преобразования химической энергии заключенных в них реагентов в электрическую. Реагенты (окислитель и восстановитель) входят непосредственно в состав гальванического элемента и расходуются в процессе его работы. После расхода реагентов элемент не может больше работать, Таким образом, это источник тока одноразового действия, поэтому его еще называют первичным химическим источником тока.
Емкость элемента — это количество электричества, которое источник тока отдает при разряде. Она определяется массой реагентов в элементе, их эквивалентом и степенью превращения.
Важной характеристикой элемента служит удельная энергия, т. е. энергия, отнесенная к единице массы или объема элемента. Так как при увеличении тока напряжение элемента падает, то энергия и удельная энергия элемента также падают.
Гальванический элемент — состоит из 2 полуэлементов окислительно-восстановительных систем, соед-х между собой Ме-м проводником.
В качестве анодов обычно применяются электроды из цинка и магния, катодов — электроды из оксидов металлов (марганца, меди, ртути, серебра) и хлоридов (меди и свинца) на графите, а также кислородный электрод.
Процессы:
1.окисления на аноде(-)
2.восстановления на катоде(+)
3.движение эл-в во внешней цепи
4.движение ионов в растворе.
ЭДС И ЭНЕРГИЯ ГИББСА ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА.
ЭДС, Энергия Гиббса
Эдс-максимальная разность потенциалов электродов, кот.м.быть получена при работе гальв-го эл-та:
E = φk — φa. Е Всегда>0! и поэтому φk > φa
Важной характеристикой элемента служит удельная энергия, т. е. энергия, отнесенная к единице массы или объема элемента. Так как при увеличении тока напряжение элемента падает, то энергия и удельная энергия элемента также падают. Более высокую удельную энергию можно получить в элементах с большим значением ЭДС, малой поляризацией, малыми значениями электрохимических эквивалентов и высокими степенями превращения реагентов.
∆G=-nFE, F-пост.Фарадея=96500 Кл, n-число эл-в, принимающих участие в ОВР.
Влияние условий: 1.природа реагир-х ве-в. 2.концентрация. 3.температура. 4.хар-р среды
ЭЛЕКТРОЛИЗ. ЗАКОНЫ ФАРАДЕЯ. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ. ВЫХОД ПО ТОКУ.
Электролиз — ОВ процесс, протекающий при прохождении тока через раствор или расплав электролита.
При электролизе происходит превращение эл. энергии в химическую.
На аноде(+) - процессы окисления, на катоде(-) - восстановления.
Хар-р протекания зависит от: 1. состав электролита. 2. материал электрода. 3. режим электролиза (t, напряжение, плотность тока)
Законы Фарадея:
1. при электролизе данного электролита кол-во в-ва, выделяющегося на электродах, прямо пропорционально кол-ву электричества, прошедшего через раствор и не зависит от его концентрации и температуры.
M=k*Q, m=k*I*t
2. массы прореагировавших на электродах веществ при пост. ко-век электричества относятся друг к другу как молярные массы их эквивалентов.
m1/m2=Э1/Э2
m=A*I*t/n*F,
плотность тока i=I/S
выход по току Вт=mпр/mтеор*100%-кол-во электричества, кот. пошло на восстановление Ме: m=A*I*t/nF *Вт
Электрохимическим эквивалентом называется реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим способом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях. Моль вещества эквивалента содержит 6,02-1023 эквивалентов.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ, ЕЕ ПРИЧИНЫ. ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ.
Равновесные потенциалы электродов могут быть определены в условиях отсутствия в цепи тока. При прохождении электрического тока потенциалы электродов изменяются. Изменение потенциала электрода при прохождении тока называется поляризацией:
∆Е=Еi-ЕР
где ∆Е — поляризация; Еi — потенциал электрода при прохождении тока; Ер — равновесный потенциал.
Термин «поляризация» употребляется не только для обозначения величины изменения потенциала, но и самого явления изменения потенциала при прохождении тока.
Из закона Фарадея следует, что ток пропорционален количеству вещества, прореагировавшего на электроде в единицу времени, т. е. скорости электрохимической реакции. Поэтому значение тока может быть использовано для количественной оценки скорости электрохимической реакции. Так как электроды могут быть разными по площади, то в зависимости от площади электрода при одном и том же потенциале могут быть разные токи. Поэтому скорость реакции обычно относят к единице площади поверхности. Отношение тока I к площади электрода называют плотностью тока i:
i = I/S.
Величину поляризацию электрода можно определить по разности между потенциалом при прохождении тока Еi и равновесным потенциала Eр. Скорость электрохимической реакции может быть увеличена повышением поляризации; или поляризация одного и того же электрода тем выше, чем больше плотность тока.
Любая электрохимическая реакция протекает минимум в три стадии: а) подвод реагентов к электроду; б) собственно электрохимическая реакция, которая может включать в себя и химические реакции; в) отвод продуктов реакции от электрода. Если бы все эти стадии протекали мгновенно, то потенциал электрода при прохождении тока не изменялся бы и соответственно поляризация была бы равна нулю. Однако все три стадии протекают с конечными скоростями, причем одна из них лимитирует всю реакцию и для ее ускорения необходимо изменение потенциала электрода, т. е. поляризация. Следовательно, возникновение поляризации обусловлено замедленностью отдельных стадий электрохимического процесса. Соответственно в зависимости от характера замедленной стадии на электроде возникает или концентрационная, или электрохимическая поляризация.
КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ. Изменение потенциала электрода вследствие изменения концентрации реагентов в приэлектродном слое при прохождении тока называется концентрационной поляризацией.
Электрохимическая поляризация (перенапряжение). Изменение потенциала, обусловленное замедленностью собственно электрохимических стадий реакций, называется электрохимической поляризацией (перенапряжением). Замедленность электрохимических стадий объясняется существенной перестройкой структуры реагирующих частиц в ходе реакции. Как и при химической реакции, электрохимические процессы происходят лишь тогда, когда реагирующие частицы обладают энергией, которая больше или равна энергии активации.
Скорость электрохимических реакций, как и химических, может быть увеличена повышением температуры и применением катализатора. При повышении температуры растет доля активных молекул, при применении катализатора снижается энергия активации. Энергия активации электрохимической реакции может быть также снижена при изменении потенциала электрода по сравнению с его равновесным потенциалом, т. е. при поляризации. А так как при уменьшении энергии активации растет скорость реакции, то увеличение поляризации приводит к ускорению электрохимической реакции, т. е. к повышению плотности тока. И чем больше энергия активации процесса, т. е. чем медленнее процесс протекает в прямом и обратном направлениях при равновесии, тем большая поляризация требуется для обеспечения определенной скорости электрохимического процесса, выражаемой через плотность тока. Связь между электрохимическим перенапряжением ∆ЕЭЛ и плотностью тока выражается уравнением Тафеля:
∆Еэд=±(а + b lgi)
Знак «+» относят к анодному перенапряжению, а знак «—» — к катодному.
Электрохимическое перенапряжение может быть снижено применением электродов-катализаторов. Электрохимическая поляризация уменьшается с увеличением температуры и концентрации реагента и не зависит от перемешивания раствора, так как плотность тока при одном и том же токе снижается с увеличением поверхности электрода, то перенапряжение может быть снижено увеличением площади электродов.
ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВОВ И РАСТВОРОВ НА РАСТВОРИМЫХ И НЕРАСТВОРИМЫХ ЭЛЕКТРОДАХ. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАЗРЯДА ИОНОВ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ НА АНОДЕ И КАТОДЕ.
ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВА
Н-р NaCl
1. восстановление ионов Na на катоде 2. окисление хлорид-ионов на аноде. При прох.тока изм-ся потенциалы электродов. Возникает электродная поляризация. Потенциал катода стан-ся более отриц-м, анода - положит-м.
Дата добавления: 2014-12-15; просмотров: 96 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |