ИСТОЧНИКИ ТОКА ХИМИЧЕСКИЕ

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Это устройства, вырабатывающие электрический ток за счет энергии окислительно-восстановительных реакций химических реагентов. Простейший пример химического источника тока — элемент Даниэля— Якоби, разработанный в 1836—1840 гг. Он состоит из медного и цинкового электродов, погруженных в растворы соответственно сульфата меди и сульфата цинка, которые отделены друг от друга пористой перегородкой. Обозначается эта система следующим образом:

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

Как известно, в металлах имеются свободные носители электрического заряда — электроны. В растворе электролита эту функцию выполняют ионы. При погружении металлических электродов в электролит между ними возникает разность электродных потенциалов. Каждый металл имеет свое значение электродного потенциала. В качестве эталона принят так называемый водородный электрод (платина в растворе кислоты, насыщенной водородом), электродный потенциал которого при давлении водорода 1 ат считается равным нулю при всех температурах. Потенциал металла, погруженного в раствор соли, по отношению к этому электроду называется электродным потенциалом металла. В соответствии с величинами электродных потенциалов металлы располагают в ряд напряжений.

Поскольку химическая природа электродов (в данном случае Си и Zn) не одинакова, их электродные потенциалы различны, и между ними возникает электродвижущая сила — ЭДС. Если теперь соединить электроды внешней электрической цепью, в ней пойдет ток. При этом следует учесть, что электродный потенциал цинка менее положителен, чем меди. Поэтому цинковый электрод (анод), постепенно окисляясь, растворяется в электролите, а электроны, которые он отдает, восстанавливают на медном катоде ионы меди:

Zn → Zn2+ + 2e-

Cu2+ + 2e- → Cu

Суммарная реакция вытеснения меди цинком из раствора выглядит так:

Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Сu

Химические источники тока делят на две большие группы — гальванические элементы и аккумуляторы. Гальванический элемент можно использовать лишь один раз: прошла реакция — и он становится негодным. Аккумулятор же можно зарядить снова; для этого через него пропускают ток в направлении, обратном рабочему.

Срок работы гальванического элемента можно значительно продлить, постоянно пополняя запас активных реагентов. Такие гальванические элементы называются электрохимическими генераторами.

Разрабатываются разновидности электрохимических генераторов (высоко-, средне- и низкотемпературных, на газообразных, твердых и жидких реагентах и т. д.).

В последнее время интенсивно используются топливные элементы, в которых химическая энергия реакции окисления топлива кислородом непосред-венно преобразуется в электрическую.