Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока
Подождите немного. Документ загружается.
в.
с.
Багоцкий,
А.
м'
€кундин
химичБониЁ
иоточни|1и
тонА
москвА
энЁРгоиздАт
1981
ББк
3{.2'{
Б14
удк
621.з5
Рек1ензент
Ё.
8.
}(оровин
Багоцкий
в. с., €кундин
А.
м.
ь14
)(имические
источники ток{.-
А.:
3нергоиэАат!
'|981.-360
с,' ил.
8 пер.: 1
р.
50
к.
8
книге
подро6но
ос!ещаются
о6щие
вопрось:
устройства
и
ра6оть:
пвр-
вичнь|х эл9ментов| аккумуляторов
и элэктрохимич9ских
г9нораторо!
и
опи-
сь!ваютс'
различнь!е
конкротнь|е
типь|
химяч9ских
источников тока.
(нига
рассиитана
на инжен9рно-тэхничэских
и
научнь|х
ра6отников,
свя-
заннь|х
с
разра6откой,
произ9одством
и эксплуатацией
химических источни-
ков
тока, студенто!' аспиРантов
и преподаватвлей,
а
также на многочислэн_
ньгх
потре6йтелей источников
тока в
Радиотэхнической,
приборостроитоль_
ной,
автомо6ильной, авиационной,
судостроительной
промь|шленности'
эноР.
готике и т. п.
з0309-642
Б
:--
--|{0-8|.!э|
2302030000
05{
]0! !-8!
ББк 3{.25'
6п2.|0
@
издательство
(энергия)'
{980
пРЁдисловиЁ
{,имические
источники
тока
(хит) широко
|]спользуются
как
автономньте
источники
энергиш
в
ра3нообразнь1х
областях,
в
том
числе
в
радиоэлектронной
аппа!атуре'
на трансп0рте'
Б
.'-^'",."ких
объектах,
в
быту
и т.
д.
Б
булушлем
мох{но
о)ки-
дать
существенного
повь]1пения
их
роли,
например'
в
области
}'''"й"
электромобилей,
в
больт.пой-энергетике,
в медип'инской
технике.
Бесмотря
на
почти
!,в}хсФта"1€тнюю
истор].|ю'
они
про_
дол)кают
усиленно
ра3виваться.
||остоянно
вносятся
прин-
ципиальнь!е
и3менения
и
улуч1шен14я
в
конструкцию
существую_
щих
тиг1ов
и со3даются
ь1овые
варианть1
!,й1'
Ёепрерьтвно
ра3-
виваются
представления
о
механизме
процессов'
протекающих
при
их
работе.
^
в
мировой
литературе
пра_ктически
отсутствуют
моногра_
фии,
посйященные
йроблеме
[й1
в
целом
}1
соответствующие
современному
уровнь
их
развития.
прои3водство
)(71
явля-
ется самостоятельной
отраслью
электротехнической
промы|ш-
ленности'
но
близко
примыкает
к
другим
прои3водст88й]
)([Р'
мической
технологии'
йа:ши*о'
и
приъъростроению
и
т'
д'-$-{
учнь|е
основы
разра6отки,
прои3водства
и
эксплуатации
хит
находятся
на стыке
ра3ных
наук-электрохимии
и
других
ра3-
делов
физинеской
химии,
теоретичес1Фй
электротехники'
теп-
лофизики, материаловедения
и
других.
8
больгшинстве
книг
и
учебных
пособйй
рассматривак}тся
ли|шь
отдельные
аспекты
проблемы
)(Р11.
_
3
предлагаемой
вниманию
читателей
книге
ставилась цель
с
единой по3иции
рассмотреть
все
основные
вопросы'
с
кото_
рь1ми
сталкиваютс;
исследователи
при
и3учении
процессов'
йротекаюших
в
хит'
конструкторьт
при
усовер|пенствовании
существующих
и
разработке
новых
типов,
технологи
пр11
про_
и3водстве
этих
цсточников'
испь!тате,пи'
а
так}к_е-_обтпирная
ар-
мия
потребителей
при
вь1боре
и
эксплуатации
хит'
|1редлагаемая книга
не
является
справочнь1ш1
руководством
по
ра3личнь]м
источникам
тока.
|1рт:водимь1е
технические
ха-
рактеристики ра3нь|х
типов
слу)кат
ли1пь
для
иллюстрации'
(нига
11е
можёт
бьтть
так>ке
сводо}1
инструкц]|г|
по
эксплуата-
ции
отдельнь|х
вариантов
источников
тока'
хотя
общим
вопро_
1*3
сам
эксплуатации
в книге
уделено
больтлое внимание.
Фснов_
ная
цель
кнр1ги
-
объяснить'
почему
ка>кдьтй
тип \А1
обла-
дает
].{менно
даннь1ми
свойствами
!1
дан1{ьтми
эксплуатацион_
ньтми
особенностями.
€ледует
отметить,
что
в литературе
по хит_
встречается
больтпое
разнообразие
терминов
и
обозпачений. 3
книге
сде-
лана попь1тка
}1х
упорядочения.
Бместе с
тем
при первом
упо-
ми\|а11',1|4 ка)кдого
термина
в
скобках
приводятся
наиболее
упот-
ребительньте
синонимь1'
_
(нига
состоит
из
Ав}х
частей. Б
первой
части
рассматрива-
ются
общг1е
вопрось1
устройства
и
работьт
!,141,
а так)ке ос_
новнь1е
3акономерности
процессов'
в
н11х протекающих.
Бо
второй
части
рассматриваются
отдельнь1е
конкретньте
системь1
первичнь|х
элементов'
аккумуляторов
и топливньтх
элементов'
даются
основнь1е
сведения
об
их
устройстве'
характерт1'ст!4ках
и эксплуатационнь1х
особенностях.
9асть вторая
включает
опи-
сание
как
источников
тока,
1пироко
применяемь1х
в
настоящее
время
и вь1пускаемь1х
в
больших
количествах'
так и ва>кней_
1пих
источников
тока'
находящихся
еще в
стадии
разработки.
|1о
ка>кдой
системе
анализируются
вопросьт
дальней1'шего
раз_
вития.
Бьтрах<аем
глубокую
благодарность
рецен3е[{ту
книги
проф.
н.
в. 1(оровину
и
редактору
в. с. .[|евинсону
за поле3ные
замеча!{ия.
Авгорьь
<...столб,
составленпый
и3 крух{ков
медного'
цинко-
вого и вла)кного
суконного.
9его
ох<идать'
априори'
от такой
комбинации.
Ёо это
собрание, странное
и'
по_видимому' бездействующее' этот
столб
из
ра3нород-
нь]х металлов'
ра3деленнь!х
небольшим
количеством
)кидкости' составляет
снаряд' чуднее
которого
т{и-
когда
д{е
изобретал человек'
не исключая
да)ке
теле-
скопа и паровой
машины>)'
Ф.
Араао
(@нерк <Алессандро
вольта)' |[олн.
со6р. соч.,
т. !, с.219'
!|арихс' 1854 г.)
ввБдБнив
3начение
хи^^ических
источников
тока
в
прощлом
и
настоящем
Ао
конца ху|1|
в. единственнь|ми
практическими
источни-
ками электроэнергии
были электрофорньте
ма1пины'
основан-.
нь|е
на электростатическом
индуцировании
3арядов
и их
на_
коплении.
8,отя
с
помощью таких
ма!|]ин
мо>кно
было
полунтать
высокие
напря}|(ения
на
обкладках
<лейденских банок>>
(де-
сятки
тысяч
вольт) и
реали3овать
искровь1е
разряды'
генери-
руемые
в
них электричьские
3аряды
бйли
ничтох(ны_от 1г6
1.
|альвани
в
своих
зна'
в
1786
г. итальянский
фи3иолог./
мепитых
опытах
пока3ал'
что
еслн
пр|{кладшвать
два
ра3лич'
ных металла
к оголенному
нерву лягу1цки'
то во3ника€1
й}€:
куль'|ое сокращение'
аналогичное
тому'
которое
вы3ываегся
разрядом
лейденской
банки.
9то явление
он приписал
нал'.1'
чи!о
<х(ивотного электричества>.
||равильное
истолкование
этому
явлению
дал
в
у?эц
т' итальяьский
физик
-А.
Больта,
указ!в,
что пРичиной
такого
(гальванического}
эффе5та
' яв!1я|
ется контакт
двух
разноРод!'ых
металлоР
мех(ду
собой
п с-
ц^ус_'
кульшой
тканью.
0сновываясь
на этом'
вольта
в марте
1800 г.
с6о6щил
о со3дании
аппарата'
прои3водящего
<<неистощимый
3аряд>. 3тот
аппарат'
ныне известный
как
<<вольтов
стол6>>,
был первым
обра3цом
химического
источника
тока или
<<галь-
ваниче6кой
батАреи>.
8
дальней!'шем
бьтли со3дань|
другие,
бо'
лее
совер!пеннь1е
варианты
таких
источников.
||ояв)тение
первого
химического
источника
тока
([й1)'
не'
смотря на
его
несовер1шенство'
открьтло
новую
эру в
учении
об электричестве.
.[,о
этого
были
известнь1
понятия о
поло)ки-
тельных и
отрицательных
зарядах'
а
так)ке
основнь1е
законы
электростатики'
например
за|<он
1(улона.
Фднако
не
бь:ло
из-
вестно
явление
непрерь1вного
потока
электрических
3арядов'
5
т.
е.
г{е
существовало
понятия
электрического
тока
(разрял
лейденских банок
продолжался
только
микросекундь:).
Ёеиз_
вестны
бьули
и
разнообра3ньте
проявления
электрического
тока.
Буквально
чере3 несколько
месяцев
после
со3дания воль-
това
столба
бьтло
обнару>кено
химическое
действие
тока.
}х<е
в
мае
1800 г.
}.
Ёиколсон
и А.
1(арлейль
провели
электролиз
водь[.
в
1803
г. бьтли
открь|ть1
процессы
электрооса>кдения ме-
таллов.
в 1в07
г. {,.
Аэви
вг1ервь1е вь1делил
щелочнь|е
металль|
электроли3ом
расплавов
солей.
в 1819 г. {,. 3рстед
наблюдал явление магнитного
действия
электрического
тока. 3
дальнейгпем
бьтли
сформулировань1
ос-
новные
законь1
электродинаму1к|4 и электромагнети3ма: в3аи-
модействия электрических
токов
(А.
Ампер, 1320 г.); пропор-
циональности
тока и
напря)кения
([.
Фм, 1827 г.); электромаг-
нитной
индукции
(,&1.
Фаралей, 1831 г);
тепловь1деления
при
прохо)кдени|т тока
(А>к.
А>коуль,
1843
г.)
и
лругие.
Фткрь:тие
всех этих
явлений основь|валось на опь|тах' проведеннь1х с
по-
мощью !,141.
€ушествование !,141 сделало
во3мо)кньтм
развитие работ
по
практическому
исполь3ованию электрического тока.
|!ервая по-
пытка
со3дания электрического телеграфа относится
к 1804 г.
в
1834
г.
русский
академик Б.
9коби
со3дал
первый практиче-
ский электродвигатель' а в 1838 г.
он
у}ке
испь1ть|вал лодку
с
таким
двигателем
на Ёеве
вблизи
||етербурга. Б
этом х<е
году он открь|л способ гальванопласт11ки'
)(имические источники оставались
единственными
практиче-
скими
источ[|иками электр1!ческого
тока
во всей
первой поло-
вине х|х в.
Бурное
ра3витие
теоретинеской и Ёриклалной
электротехники' став!пее
во3мох(ным
по мере
усовер|шенство-
вания [й1,
привело в
1860-х годах
к со3данию
принципиалБно
нового
типа
источни{а электринеской
энергии_электромаг-
нитного генератора.
8скоре
ока3алось' что генеРаторы значи-
тельно превосходят
своих
пред|пественников как по электри-
чес*им, так и
по экономическим
пока3ателям.
1олько генера-
торы
сдел_али
во3мох(ным
развитие
стационарных
электрич|е-
ских сетей
и
1широкое
исполь3ование электроэнергии
для
бытовых и промышленных ну)кд.
|[о этой причине {й1 к концу [|[
в.
потеряли свое
3нач.е-
ние единственного источника электроэнергии'
но продол)кали
совер!шенствоваться и использоваться
как автономные
источ-
ники тока
для
ра3вивающихся
в те годь1 средств
связи
р1
для
переносных
приборов. йнтересно
ртметить'
что
в конце
[1)( в.
существовали
аккумуляторнь1е
электромо6или,
которьте
ус-
пе1пно
конкурировали
с еще несовер1пенными
тогда
автомоби-
лями с
двигателями
внутрен1{его
сгорания.
Ёовьтй
подъем
интереса к {,71
начался примерно
в 1920
г.
в
свя3и с
!пироким
ра3витием
радиотехники.
Б
течение
почти
6
двух
десятилетий
первичные
элементы
и
аккумуляторьт
бьтли
€динственными
источникам14 питан||я
для
радиоприемников.
Росту
внимания
к {,141
способствовало
и
ра3витие
автомобиль-
ного
транспорта'
так как требовалось
наладить
крупносерий_
ное
производство
стартернь1х
аккумуляторов.
Б те
>ке
годьт
началцсь
первьте
серье3нь1е
исследовательские
работы
в
обла_
сти
\А1. ||осле
второй мировой
войньт
развитие
современнь1х
электронньтх
приборов'
а такх(е авиационной,
ракетной
и кос_
мической техники потребовало
не
только
увеличения
объема
прои3водства' но
и
ре3кого улуч1пения
пока3ателей
{,й1.
|!оэ_
тому
в
последние
два десятилетия
появились
и продол}кают
п'оявляться
новь|е
ра3новидности
источников
тока.
Б настоящее
время
!,1,11
используются почти
во всех
об-
ластях техники
и народного
хозяйства.
1(олинество
отдельнь|х
первичных элементов
и аккумуляторов'
изготавливаемь1х
е)ке-
годно во всем
мире' исчисляется
миллиардами.
Ф больгпом
их
распространении
свидетельствует, например'
тот
факт,
чт0 при
одновременном
включении всех
{,й1, г*аходящихся
в эксг1луа-
'{ацр!у!,
мо)кно
бьтло бы получить электрическую
мощность'
срав_
нимую
с
мощностью
всех
электростанций
мира' вместе
в3ятых
(около
109 кБт). Ёеобходимо'
правда'
иметь
в виду'
что
в от_
личие
от непрерьтвно
работающих
электростанций, автоном-
нь1е источники
тока
работают
только
кратковременно,
с боль_
1пими перерывами'
поэтому
общая вырабатываемая
ими элект-
роэнергия
мала по
сравнению
с
энергией,
вырабатываемой на
электростанциях-
€ушествуют
и
другие
устройства'
которые
моцт
быть
ис-
поль3ованы
в качестве
автономных источников
электрической
эпергии. _
Б термоэлектрических преобразователях (тэп)
\!
в
термоэмиссионншх
генёраторах
(тэг)
происходит прямое
преобразование
тепловой
энергии в электрическую.
Фотопре_
образователи
исполь3уются
для
преобра3ования
солнечного и3_
лучения'
а
радиационнь|е
источники
тока
-для
преобразования
и3лучения
радиоактивных
и3отопов.
Фднако [|11 наиболее
уни-
версальны
и имеют больгцее
РаспРостраненпе.
3то
обусловлено
рядом
их эксплуатационных преимуществ-независимостью
от
посторонних
источников
тепла
или и3лучения' постоянной
го-
товностью
к
действию.
Б отличие
от
ди3ель_электрических
аг-
регатов'
используемых
для
автономного
энергоснабх<ения,
[14?
работают
6есш:умно.
Больтшое
распространение
Б,?11 обусловлено
так)ке !пироким
диапа30ном
электрической мощности'
которая мох(ет
бьтть по-
луче}{а
от
них.
.&1иниатюрные элементь1 в наручных
электриче_
ских
часах
работают
со средней мощностью 10_5
Бт, а аккуму-
ляторнь1е
батареи на подводнь|х
лодках
ра3вивают
мощ.ность
до
107
Бт. .&1асса
единичной
химической
<<энергоустановки>>
ко-
леблется
от
долей
грамма
до
сотен
тонн. |1римечательно, что
эффективность
работьт
одинаково
вь|сока как
для
миниатюр-
7
нь1х' так
|т
для
крупнь1х
},|41;
вьтсокая
эффективность
сохра-
няется в самь1х
ра3личньтх условиях
эксплуатацпи. Ата
один
другой
тип
источников
электроэнергии
не
обладает
таким
ра3-
нообразием
возмох{ностей исполь3ования
и
такой
универсаль-
ностью.
(овременное
прои3водство
[}{1 представляет
собой
само-
стоятельную
отрасль
электротехнт-тческой
промь[1пленности.
3месте
с
тем'
по
своему
характеру
оно 6лизко примыкает
к
другим
прои3водствам
-
химической технологии'
ма!1]ино-
строению' приборостроению
и т.
п.
-
и
имеет
с
ними
некоторь1е
общие черть1. Фтдельньте
типы
!,1,11 выпускаются в массовом
мастлтабе на
высокопрои3водительном
оборулован|\и
т1р|т вь|со-
кой
степени механи3ац|1и
11
автомати3ации.
Ёаутньте
основь|
разработки'
прои3водства и эксплуатации
1,й] находятся
на
сть|ке
разнь1х
научных
дисциплин-элект-
рохимии'
электротехники'
теплофизики,
материаловедения
д
АР.
Фтдельные вопрось1
устройства
и
работьт
1,141
рассмотрены
в
специальнь|х монографиях
и обзорных
статьях
(см.,
напри-
мер,
[Б.
1_в. 11]). €ушествует
больтшая справочная литера-
тура
по
!,141. Фднако
ра3витие
новь1х
типов
!,й1
происходит
довольно
6урными темпами;
проводится
такх(е интенсивная
работа
по исследованию и
усовер1шенствованию
традицион!|ых
<старых>
типов )(]41, так
что в
периодической наунно-техни'
ческой литературе
непРерывно
появляется больт'шое
количество
новой информашии о
разных
аспектах
устройства
и
работы
хит.
|.
Фбщие
вопРось|
|.
т1РинщипиАльноБ
устРойство
химичЁских
источников
токА
|.|. 0сновнь!е
понятия
!,имические
источники
тока
(хит)
являются
преобразова-
телями
химической
энергии в электрическую.
Бо время
ра-
боты
(разряла)
в
них происходит
химическая
реакция
в3аи_
модействия
двух
реагентов.
3нергия
этой
реакции
вь1деляется
в
виде энергии
постоянного
электрического
тока.
|!реобразование
химической
энергии
в электрическую
про'
исходит
и в
других
установках'
например
в энергоблоках
теп-
ловых
электростанций
или
в
ди3ель-электрических
агрегатах.
Б
них энергия
горения
топлива
превращается
сначала
в
тепло'
вую энергию
(в
топке'
камере
сгорания)'
затем-в
механиче'
сйую
(в'
турбйне,
цилиндре
двигателя
внутреннего.
сгоранид)
|4
л|{{ль
после этого-в
электрическую
9нергию
(в
электри_
ческом
генераторе).
Б
отличие
от такого
многоступенчатого
процесса в )0,11
энергия
преобразуется
непосредстве}!но'
од-
"Б.'у,*"н"то,
6ез пр6межуточного
-образований
других
внд0в
энергии.
}аким о6разом,
хц*ошцеокшй
цстоц1{.шк
тока-это
-устрой-
ство' в
котором
0'{ерешя
хшмт:цеской
реакцш1'
непооре0ственно
превр('щается в
электршческ!ю
энерешю.
'
ёушёствует
много
вариантов
1й1,
отлицающихся
разме_
рами'
конструктивными
особенностями_и
приролой
протекаю_
щей
в
них
}окообразуюшей
реакции.
Б
зависимости
от ва!и-
анта
меняются
пойа3атели
и эксплуатационные
свойетва.
1а-
кое
ра3нообразие
вполне
оправдано'
так как хит
-исполь3у-
ются
в
различнь1х
условиях-
и ках(дая
область
применения
имеет
свои
специфинеские
особенности.
[Р11 состоу|т
из
одной
или
нескольких
единичных
ячеек-
еальванццескцх
элементов'
|1апря>кение
отдельного
такого
эле_
мента
невь1сокое-в
зависимости
от
варианта
оно
колеблется
от
0,5
до
4 в.
1(огда
требуются
более
вь1сокие
1{апря)кения'
не_
обходимое
число
элементов
соединяется
последовательно
в
еальван[!цескцю
6 атарею'
9
|{о принципу
работы
гальва}1ические
элементь| (и
хит
в
целом) делятся
на
группы:
а) первшнньое
элейентьс
(элементьт
однора3ового
действия,
иногда
назь1ваемые
гальваническими
элементами
или просто
элементами).
3 первичт!ых
элементах
3алох{ен
определенньтй
3апас
реагентов'
вступающих
в
реакцию;
после
и3расходова*
ния
этого
запаса (после
полного
разряда)
первинные
элементы
теряют
работоспособность;
б)
аккумуляторь!, (элементьт
многоразовог,о
действия'
пере-
заря)каемь|е'
вторичнь1е
или обратимые
элементьт).
Аккумуля-
торы
после
ра3ряда
допускают
повторньтй
заряд1 путем
про_
пускания
тока
от
внетпней
цепи
в
обратном
направлении;
при
этом
из
цродуктов
реакции
регенерируются
исходные
реагенть1.
?аким
образом,
при
3аряде
в аккуму)тяторе
в виде
химической
энергии
накапливается
электрическая
энергия
от
вне1|]него
источника;
при
ра3ряде
она
возвращается
потребителю.
Боль-
1цинство
аккумуляторов
допускает
проведение
боль:пого
числа
таких
циклов
заряда-ра3ряда
(сотни
и
тысяни),
1. €.
общая
длительность
их
работь:
велика'
хотя
работа
является
пре_
рь1вистой;
в)
топлшвнь|е
элементьь.
Б
топливнь1е
элементы
в
процессе
работь:
непрерывно
подводятся
новь1е
порции
реагентов
и од_
новременно
удаляются
продукты
реакции'
поэтому
они
могут
ра3ря'(аться
непрерывно
в течение
длительного
времени.
,[|,еление
на
первичные
элементы
и
аккумуляторы
не вполне
строго'
-так
как
в оп[еделенных
условиях
первичные
элементы
могут быть
'повторно
3аря'(енш;'с
другой
с6ороны,
аккумуля_
торь!
иногда
исполь3уются
т0лько
для
единичного
ра3ряда'
бе3
последующего
3аряда
€ушествуют
так)ке
две
проме)|(уточнше
группы
гальваниче_
ских элементов.
Б ком6шншрованнь!х
(полутопливных)
9!!€:
ментах
залох(ен
запас
только
одного
и3
реагентов'
в
то время
как второй
при
работе
непрерывно
под'ется
и3вне.
Алитель_
ность
рабо{ы
такого
источника
определяется
3апасом
первого
реагента.
Рсли
этот
реагент
может
бнть
регенерирован
пРо_
пуска|{ием
тока,
комбинирован]1ый
элемент
работает
как
акку-
мулятор.
8 возобновляемых
(механинески
или
химически
пе_
резарях<аемых)
алементах
предусмотрена
во3мох(ность
3а-
мены
после
окончания
ра9ряда
и3расходованных
реагентов
па
новые
порции.
1аким
образом,
в
отличие
от
топливных
эти
элементы
работают
не
с
непрерывнь1м'
а
с
периодическим
во_
зооновлением
реагентов.
9асто
возо6новляемые
элементы
яв_
ляются
комбинированнь1ми'
и в них
периодически
3аменяется
3апас
только
одного
из
реагентов.
1"Б
литературе
по
)(й1
термин <<3аряд>
имеет
два
значения:
а) электри-
ческий.
заряд
(количество
электринества);
б)
прошесс
восстановления
рабо1о_
способности
аккумулятора
(<зфя>кение>,
.1арядка>).
Ёух<ное
значение
оп.
ределяется
из текста.
10
|.2.
|имнческие
|€6к[и%,
пРотекак)щие
в химических
источниках
тока
а!
|окоо6разу|оцие
Реакции
Фсновой
работь:
!,Р11 является
химическая
реакция
в3аимо_
действия
окйслителя
и
восстановителя.
и3
курса
химии и3_
вестно'
что в
такой
реакции
восстановитель'
окисляясь'
отдает'
а
окислитель'
восстайавливаясь,
присоединяет
электронь:.
|1ри-
с
металлическим
цинком
(восстанови-
тель):
\в'Ф*7п-->2А9*7п@;
(1.1)
в ходе
этой
реакции
электроны
перехо-
|
_
+
дят
от
цинка
к
ионам серебра,
находя_
. п
щимся
в кристаллической
решетке
оки_
н
ь-=.:
си
серебра
/1 1\
-
'.-
н Ё€'о!
|_=т
86ли'проводить
реакцию
(1.1)
в кол-
Ё\('Ё''*+',,
бе,
тщательно
сме1пав
окись
серебра
9
в[! |
=4
'}
тонким
цинковым
поро1шком'
то
никакои
в||/по=а=АЁ
электринеской
энергйи
не образуется,
Ёу.
.;Б.
несмотря на
электронные
переходы
ме}к_.'
агж
ду
частицами;
так как
в
реакционнои
#
смеси
электронные
переходы
имеют
не_
#
упорядоненный
характеР'
вся энергия
реакции
выдедится
в
вйде тепда
и
ре-
-
|}!
акцион||ая
смесь сильно'
ра3огреется.
'1
в
хит
такая
}ке
реакция
протекает бо'
ле"
ор.ани3ованно,
йо!,"*тЁ'химическо'
Р_.т.::^-!1 9::у:',
гальва_
му механи3шу'
з'
результате
*"'о
"'а'й-
#:'$$3;Ёу'ж3а*!:
кает электрический
ток.
"
1{ие элемента
в 9де'пР1|'
8 простей:шем
случае
гальванический
ческой
схеме'
элемент
состоит
из
Ав}х
электрдов
ра3'
личной прпродц'
погр'х(енннг
в элёктролит
(рис.
1.1).
3десь
и
даль1це
термином
(электролит>
обозначается
х(идкая
||л'1
твердая
фаза
с ионной_проводимостью
(например
раствор
или
рас}лав
-соли).
йногда
в этот
термин
вкладывают
другой
смысл: вещество'
которое
в обычном
состоянии не
имеет
ион-
ной провоАимости'
но
приобретает
ее
в
ре3ультате
диссоциации
на
ионь|
после
растворения
пли
после
плавления
(например,
твердая
соль,
которая
мо>кет образовьтвать
<<раствор
электро_
лита>>'!1ли
<<расплав
электролита>).
3лектродами
называют
электронньте
проводники'
электрически
соединеннь1е
с
од!{им
и3
вь|водов
гальванического
элемента
и
контактирующие
с
элект'
ролитом.
Ёа
так
на3ь1ваемой
фазовой
границе
ра3дела
мех(ду
электродом
и
электролитом
протекает
электрохимическая
реак_
п
ция.
обычно
электродь1-это
металлические
пластинки ил|1
сетки'
на
которь|е
нанесень|
реагенты
(актшвньсе
вещества,
т. е.
вещества,
непосредственно
участвующие
в
токообразую_
щей
реакшитт):
на оди}! электрод-окислитель'
на
лругой-вос_
становитель.
Ёапример, электродьт
серебряно-цинкового
эле_
мента
состоят
и3 металлических
сеток' на
одну
из
которых на-
}1есена
окись
серебра,
на вторую-цинк;
электролитом
слу>кит
в,однь:й
раствор
1(ФЁ
|1ри
погрух{ении
электродов
в электролит
ме}кду
ними
ус_
та[{авливается
определенная
разность
электрических потенциа-
лов'
на3ываемая
напряоюеншем
ра3омкнутой цепш
(!{Р|])
0,,''.
Более
отрицательным
буАет потенциал
электрода
с восстано_
вителем'
'гак
как
у
него
сильнее
тенденция к отдаче
электро_
нов.
Б серебряно-цинковом
элементе' например'
0р,ц:1,60 в,
причем
отршща|ельным электро0ом
является
сетка
с
цинком'
а
полоэюштельнь|м
-
сетка с окисью
серебра.
Рсли соединить оба
электрода
мех(ду собой с помощью
внетпней проводящей
цепи,
то
чере3
нее и3-3а наличия ЁР[
начнется переток
электронов от отрицательного
электрода
к поло){<ительному' что
равносильно
прохо)кдению электриче-
ского
тока
1
в обратном направлении
(электринеский
ток
ус-
ловно
рассматривается
как
двих{ение
поло)кительных 3аря-
лов).
Флновременно
на погрух{енных в
электролит
поверхностях
электродов
начинаются
реакции:
!{а отрицательном 3.т1€(1:
роде
цинк
окисляется
7п
*
2ФЁ-
-->
7лФ
*
н'о
+
2е',
а
на положительном_окись
серебра восстанавливается
АвФ
*
\|2@
|2е+2Ав+2он-
1акие химические
реакции'
в которых
участвуют
или
в ходе
которых в металле
образуются
свободные
электроны' называют
э
лект
ро
х|]мцческцм!г |1лу\
э лект
ро0
ньсмш
р
еакцшямш.
Фбе элект-
родные
реакции
являются
сопрях(енными_их
скорости
всегда
равны'
т. е.
количество электронов'
освобождающихся
в еди_
ницу
времени
в одной
из
них'
равно
количеству
эдектронов,
вступающих
3а то )ке
время в
другую.
9лектродные
реакции
поддерх(ивают продол}!{ительный
пе.
реток
электронов
во
вне1пней
цепи.
14оны
ФЁ-, обра3ующиеся
в
результате
реакции
(1'3)
вблизи поло)кительного
электрода'
переходят
по
электролиту
к отрицательному
электроду'
где
вступают
в
реакцию.
1аким
образом, в
целом
получается
3ам-
кнутая
электрическая
цепь.
Бо
всех
ее 3веньях
течет один
и
тот
х(е электрический
ток; нигде
3арядьт
не накапливаются.
1(ак
только вне1пняя
цепь
ра3мыкается'
протекание обеих
электродных
реакций
прекращается.
1ок прекращается
так)ке
после
и3расходования 3апаса
хотя бы одного и3
реагентов.
\2
(\.21
(1.3)
€уммарная
реакция
на обоих электродах
-
общая
токооб-
ратц1ощая
реакцшя_совпадает
с
(1.1).
в
хит она
г|ротекает
в
виде
двух
пространственно
ра3деленнь|х
частичнь]х
(парши-
альньтх)
реакций.
3лектринеский
ток
образуется вследствие
того'
что
йрямой хаотический
электроннь:й
перенос
ме)кду
реа_
гентами
3аменен
пространственно
органи3ованнь!м
процессом:
от
частиц
восстановителя
электронь1
поступают сначала
на от-
рицательнь1й
электрод'
затем
чере3
вне1пнюю
цепь
на поло)к!1-
|ельный
и
только
оттуда
_
на
частиць| окислителя.
Работа
пе-
реноса
зарядов
во внеп:ней
цепи-_и-прои3водится
3а
счет
э.пект-
ринеской
энергии'
генерируемой
!,141.
|1ротекание
окислительно-восстановительной
реакции
по
описанному
электрохимическому
мехач43му-
стало
во3мо)кнь1м
благодаря-
тому'
что в
конструкции
{й1 соблтоденьт
два
основ_
ньтх
принципа:
а)
реагентьт
-
окислитель
и
восстановитель
_
пространственно
ра3деленьт
ме}<ду собой,
что
приводит
к
про__
странственному
разделению
электроднь|х
реакций;
б)
ка>кдый
и3
реагентов
контактирует
с
электролитом'
что
по3воляет
про-
текать
электродным
реакциям
и одновременно
обес:течивает
3амкнутость
6бщей
цепи,
необходимую
для
беспрепятственного
прохо)кдения
тока.
€еребряно-цинковый
источник
тока' о
котором
говорилось
вьт1пе'
является
примером
аккумулятора-после
ра3ряда
он
мо)|(ет
быть
вновь-заРях(е!!
пропусканием
тока в
обратном
на-
пр!влении.
||ри
этом
электродные
реакции
(1.2) и
(1.3)'
а такх(е суммарная
реакция
(1.1)
протекают
в
направлении
справаналево:окись!(инканаотрицательномэлектродевос-
станавливается'
а серебро
на
поло)1(ительном_
окисляется'
3лектродллые
реакции'
легко
протекающие
как
в одн-у'
так
и
в
дрР}ю
сторону'
называют
о6ратшм'ьомш.
11алутчуте
беспре-
пятственной обратимой
работы
электродов
является
предпо-
сылкой
для
со3дания
хоро|ших
аккумуляторов.
9лектрохим[|ческие
ячейки.'}стройство
и3
двух
?лектродов'
ко|{тактирующих
с
ионопроводящим
электролитом'
называют
электрохшмшческой
ячёйкой.
Бсли
эл_ектроды
ра3ные'
ме)кду
ними
имеется
отличное
от
нуля
нРц. Б
связи
с
этим
возмох(ны
дванаправленияпрохох(дену\ятокачере3ячейку:естествен.
цое'
когда
во внешней
цепи
ток
течет
от
полох(ительного
к от-
рицательному
электроду,
и
вынух(денное'
когда
под
действием
йос'ороннегЁ
(внейег|1
напрй>кения
ток
течет
в обратном
,',р{"'Б"ий. Ёервы*
сщч1й
ёоответствует
разря0ц
{,!41,
т'
е'
процессу' при котором
{,141
отдает
энергию
'во
вне1пнюю
цепь
(йнейка'
явйяется
гальваническим
элементом),
второй
-\'1х
3а'
ря0у,
т. е.
процессу
превращения
электрической
энергии
в хи_
мическую
энергию
активных
веществ,
а так}ке
процессу
элект-
ролиза
(электролизная
янейка).
_
3лектроА,
Ё8 котором
протекает
окислительнь|й
процесс
(с
выде!енйем
электр6нов)
и
чере3
который,
следовательно'
13
ток переход1{т
и3
вне1лней
цег1и
в э.71ектролит, на3ь|вают
ано-
0ом, а второй
электрод
с
обратнь:м
направлением
тока'
на ко-
тором протекает
восстановительный
процесс'-като0ом.
6оот-
ветственно
эле|{троднь1е
реакции
окисления
и восстановления
на3ь1вают
ано0ньсмш
п като0ньсмш
реакцшямш.
|!ри
разряде
!,й1
анодом
является
отрицательньтй элект-
род'
катодом-г[оло)кительньтй
(рис.
1.2,а).
[1ри
заряде !,й1,
а так>:(е
при
работе
электроли3еров анодом, наоборот'
является
полох<ительньтй
электрод' а
катодо}1
-
отрицательный
Рпс \.2.
Ё_аправление
тока при
ра3ряде
гальванических
элементов (о)
п лрв
работе
электроли3ер"]
]*};:ъ::'":Ё:
.-*'"уляторов
(6).
{рис.
1.2,б)
. 1аким
образом,
термины
<анод>>
и
(<катод>>
при_
вязань1 не.
к полярности
электродов (полох<ительный
или
отри_
цательный)'
а к направлению
тока.
||оэтому
этими
понятиями
следует поль3оваться
с осторох(ностью.
9лектрохимическ[{е
сис6емы.
€овокупность
активных
ве-
ществ-окислителя
и
восстановителя-и
электролита''
на
оё-
нове
которь|х
со3дан
{,},11,
назьтвают
электрохшмшческой
сш-
стемой.
3лектрохимическая
система
определяет
не
только при_
роду.195-о-образующей
реакции'
но
и
ряд
характерньтх
пока3а-
телей
{141.
3лектрохимическая
система
условно
3апись1вается
так:
(-)
Босстан0витель
!
3,тектролит
|
Фкислитель
({)
Бертикальная
черта
обозначает
гран11цу
конта1{та
двух
про-
водящих
фаз,
в частности
гран,{цу
ме)кду
электродом
и
электро_
14
литом'
на
которой
происходит
электродная
реакция.
][ля
се-
ребряно-шинкового
источника
тока
3апись
и\,1еет вид:
(_)7п|кон|Ав,о(+)
(Аля
воАньтх
растворов
химическая
форму.па
водь|'
входящей
в
состав
электролита'
не 3аписьтвается).
'
Б
условной
записи
слева
!?€пФа]]0г?}Фт
восстановитель
(от_
рицательнь|й
электрол).
'
Аногда
в
{141
в
качестве
электролит?
11€|!Фа'|Б3}ются
два
раствора'
контактирующие
ме)кду собой
чере3
11ористую
диаф-
рагму.
Б
этом
случае
границу
ра3дела
ме)кду
двум.т
)кидко_
Ё'я'й
изобра>кают
вертикальной
пунктирной
линией.
}слов_
ная
3апись
для
медно-цинкового
элемента,
в
котором
медный
электрод
погру>кен
в
раствор
сульфата
меди'
а
цинковьтй
3,ц€кт'
род
_
в
раствор
сульфата
цинка'
имеет
в}1д:
(_)7п|
7п5Фд
!€ш5Фд
}сц
(*
).
Бсли
реагентами
являются
)кидкие
или
газообра3нь1е
веще-
ства'
то
токообразующая
реакция
протекает
на
поверхности
металлического|4лиуглеродногоэлектрода-токоотвода'кото.
рьтй
сам
в
реакции
участия
не
принимает.
1акой
нерасхо0у.е'
мьсй
электроа
иногла
на3ь1вают
инертным.
Фднако
<<инертньтй>>
электрод
ока3ь|вает
сильное
каталитическое
воздействие
на
электродную
реакцию
и
подбор
для
1{его
подходящего
мате_
р"',}'
способётвует
повь!1шению
показателей
хит'
||оэтому
'в
условной
записи
целесообра3но
ука3ывать
и 1датериал
элект_
рода-токоотвода'
например.
для
кислородно-водородных
топ_
ливных элементов
(_)Р0н!|кон!о,Р0(*).
6|
11о6отншо
Ро.пцни
Ёарялу с
основной
токоо6разу:о-шей
реакцией
пРи
Разряде
и
заряде'
а такх(е
пРи хранейии';1й1
могут
протекать
по6оч-
ные
химические
и
э'ектрохимические
реакции.
1|ри
коптакте
с водннмн
растворами
многие
металлы
корродируют'
ра3л8'
гая
воду
с
в!,тделе:!ием
водорода.
Б слунае
|целочных
металлов
этот
процесс
протекает
очёнь
бурно.
Аналогичньтм
образом
сильные окислители
способны
разлагать
воду
с
вь1делением
кислорода или
могут
взаимодействовать
с
конструкционными
материалами
_
пройладками,
сепараторами
и
т'
д'
€ильные
восстановители
легко
окисляются
кислородом
воздуха'
Б
ре'
3ультате
этих
и
других
процессов
реагенть1
расходуются
не_
производительно-электроды
саморазря}каются
(см'
$
{'5)'
1(роме
саморазря0о
электродов
в
отдельности
возмо)кен
и
самора3рядэлементавцеломиз.3анепосредственноговзаимо-
дейс{вий
реагентов
или
и3-3а
во3никновения
внутренних
ко_
ротких
замыканий'
например
путем
образования
тонких
метал_
лических
<<мостиков>>
мех{ду
электродами
при
оса)кдении
металлов.
9ерезтакие мостики
электроды
ра3ря)каются
по
обьтч-
нь1м
токообразующим
реакция1\{'
но
ток
не
поступает
во
вне1п-
нюю
цепь
и
не
мох{ет бьтть
исг{ользован'
а энергия
взаимодей-
ствия
реагентов
вьтделяется
в виде
тепла'
Аналогичньтм обра_
зом
?ействуют
ионьт переменной
валент|{ости
в электролите'
например
ионь1 )келеза.
[!опадая путем
лиффузии
поочередно
к
полох{ительному и к отрицательному
электродам,
они на
первом
окисляются
(Ре2+_+!'6з+),
а на
втором
восстанавлива-
ются
(Ре3+-+Ре:+),
расходуя
ка>кдьтй
раз
часть
реагентов.
3ффект
такого
<<челночного>>
действия
эквивалентен
постоян-
ному
бесполезному йереносу
электронов
от
отрицательного
к поло)кительному
электроду. |!о
этой
причине наличие
ионов
переменной валентности
в электролите
!,й1
очень вредно.
||обочньте
реакции
протекают
так1ке прп
перезаря0е
(т.
е.
избьтточном
заряде)
аккумуляторов.
||рохо>кдение
стационар-
ного тока чере3
электрохимическую
явейку
возмо)кно только
при протекании
электроднь1х
реакций'
Бсщи
продол>кать про_
пускать
ток 3аряда через
полностью
заря)кеннь|й
аккумулятор,
то и3-за
исчерпания
реагентов
начнутся
электроднь1е
реакции
с
участием
других
компонентов.
Б
аккумуляторах
с
воднь!ми
электролитами
на
поло)кительном
электроде начинается анод_
ное
вь1деление
кислорода
4он--+2Ё2Ф
+о2+ф,
а на
отрицательном
-
катодное
вь]деление
водорода
(1.4)
2|12Ф
|2е->2он_
+
н,
(1.5)
(}Р1внения
реакций
приведень1
для
щелочных
растворов).
Быделение
кислорода
и
водорода
начинается
после
3аряАа
соответствующего
.электрода'
т. е.
не
обязательно
одновре-
йенно.
6уммарный
про!хесс
на
обоих
электродах
является
пРоцессом
электроли3а
воды.
3
аккумуляторах
с
дРугими'
не-
водными
электролитами
протекают
аналогичные
пРоцёссы
элект:
ролитического
ра3ло){(ения.
3 некоторых
аккумуляторах
(на_
пример'
о твердь1ми
электролитами[
такие'д6полнйтельные
процессьт
нево3мо)кнь|;
в
этом
случае
прохох{дение,
стацио_
нарлого
тока
после
окончания
3аряда
прекращается.
Бсе
перенис-{-ечь'е
побочньте^реакцйи
снрт>*аю,
эффектив-
ность
работьт
{,1,1]-_
умень1шают
электрическую
энергию'
ко_
торая мо)кет-
бьтть
полунена
при
ра3ряде'
увеличивают
расход
энергии'
-.необходимой
для
заряда^
ак^у"'ул1'ора.
€оотн,].-"""
скоростей
вреднь1х
побочньтх'и
осно,йо#
"'^.1'6р,-.уййа
р"_
акций 3ависит
от
конструктивного
и технологического
совер-
1пенства
|,141,
от температурь1
и
других
факторов.
16
'|.3.
Ёапряэкение
разомкнутой
цепи
и
ра6онее
напРя}!{ение.
[|потность
тока
Ёа
ка>кдом
из электродов
электрохимической
янейки при
контакте
с
электр0литом
устанавливается
определенньтй элект-
ро0ньсй
потенцшал
6, назьтваемьтй
такх<е
окислительно-восста-
новительнь1м
потенциалом
данной
электродной
реакции'
9ем
больтпе
восстановительнь1е
функшии
реагента'
тем
отрицатель_
нее
потенц|1ал,
а
чем
больш:е
окислительнь|е
функшии-тем
он
более
поло)ки'гелен.
|1онятие
<<электроднь:й
потенциал)>
(или
<(потенциал
отдельного
электрода>)
не
является
прость1м;
бо_
лее
подробное
определение
и
анализ
его
физивеского
смь1сла
булут
дань1
в
$
4.1.
1ем
не менее
восг{ользуемся
этим
по1{я-
тием
и в
первь|х
главах
для
характеристики
отдельньтх
элект-
родов.
3начения
поте1{циалов
]азличнь!х
электродов
приве-
деньт
в
табл. |1. 1
и
||. 2
(см.
||рило>кение).
Ёапрях<ение
разомкътутой
цепи
[/','
гальванического
эле-
1\{ента
представляет
собой
ра31{ость
потенциалов
мех{ду
по,1о_
)кительнь!м и отрицательным
электродами
в отсутствие
тока:
0р,':Ё+-Ё
(1.6)
€огласно
этому
определени1о
ЁР[
всегда
поло)кительно.
Фно зависит
от
природь1
электродов
и электролита
(см.
табл. ||. 3),
но не
от габаритных
ра3меров
и
конструктивных
особенностей
ячейки.
3начение
ЁР[ связано
с
термодинами_
ческой
электродвижушей
силой
(эдс),
обозначаемой.8.;'
6о_
лее
четкое
ра1гранинение
этих понятий
будет
дано
в
$
4.1.3на'
чения
ЁР[
для
ра3ных
источников
тока'
как
правило'
равны
или мень[ше
значений
3А€.
||ри
работе
гальванического
элемента
ра3ность
потенциа'
лов
йех<ду
электродами
меняется.
Разность
потенциалов
пР1
прохо}|(дении'то!{а
на3ывают
раб
оншм.
напр
я'|сеншем
зар
яда
|1л'1
р}зряла]
(или
просто
нопрй.о:сеншем|
и о6о3начают
ц.
9ем
бол!тпе
ток,' тем-
н|1>'<е
напря9!сенше
разря0а
(/р
и
-тем
вы1пе
напряо|сенше 3-9р|9!
ц$
пРи очень
'малых
токач(р
ут 0а
пРп6л11'
х(аются
к знавению
(/р,ц.
€ушествуют
две
причинь|
и3менения
1{апрях{ения-при
про'
хох<дении
тока]
омические
падения
потенциала
$ом:/&ом
[13-38
внутрецнего
сопротивления
(ом
(главньтм
образом,
в слое
электролита
мех(ду
электродами)
и
поляризация
электродов
т!.
|7оляршзацшя
(перенапрях<ение)
-
явление
изменения
по_
тенцала
электродов
под
влиянием
прохо)кден!|я
тока
от
}1с_
ходного
равновесного
(бестокового)
3начения
.6
до
нового 3на_
чения
д(').
мерой
поляри3аци1'{
слу>кит
модуль
разности
потен-
циала
электрода
под
током
и
равновесного
потенциала
(\.7)
\7
т1:
|в(л-Ё
|.
(атодньтй
ток
вы3ьтвает
сдвиг г{отенциала в
отрицательну}о
сторону'
а анодный-в
поло)кительную
(полробнее о пр!1чи-
нах
поляр|13аци|1
см.
$
4.3).
в
результате
при
ра3ряде
{,}1[
потенциальт
электродов
сбли>каются'
а пр!1
заряде
раздвига-
ются'
т.
е. напря}кение
соответственно
умень1]]ается
]].!и
уве-
личивается.
1акое х<е
действие
11а напрях{ение
оказь1вает
оми-
ческое
падение потенциала.
Б силу изло)кенного
и с
учетом
(1.6)
п
(\.7)
напря){{ение
ра3ряда
мо}кет бьтть
представлено в
виде
форму"пьт
0
,:
Ё|!у-д[1,-
1&ом
:
0р,
,.-
т|с+:_
1(-)-
/&'",
(1.в)
а напрях(ение 3аряда
[]
":
Б|!у_л[!:
*
/&',,: 0,'
^
*
т!с+:
*
1<_>
*
1&'".
(1.9)
!(ак омические' так
и
поляри3ационнь1е
потери
энергии
свя3аны не только со 311ачением тока
ра3ряда
или заряда' но
и
с
ра3мерами
электродов'
вернее'
с
площадью 5 поверхности
их контакта
с
электролитом' на которой происходит
электрод-
ная
реакция
(рабопей
поверхности).
(олинественно
потери
3а-
висят от
плотностц
тока./,
равной
отно1шению тока к площади
поверхности
3
(|:!|5,
единица и3мерения
-А/м').
6
ростом
плотности
тока поляри3ация
растет
(в
отлиние
.от
юмического
падения потенциала
эта
3ависимость
нелинейна).
||ри
малых
плотностях
тока поляри3ация
мала и потенциалы электродов
приблихаЁтся
к бестоковым
3начениям. |!оэтому выгоднее
добиваться
увеличения
разрядного
тока
)(141 путем
увеличения
площади поверхности электродов'
а не путем
увеличения
плот-
|{ости тока.
.(ля
этого применяют
тонкие электроды'
у
которьдх
отно|цение площади поверхности
к объему
(массе)
велико.'
в хит часто исполь3уют
пористые
9л€1{1[Ф.4,ы. 8 них
рабо_
чая поверхность
увеличивается
за счет внутренних
пор'
3апол_
неннь!х
электролитом.
||лощадь истинной
поверхности
такого
электрода
) во много
ра3
превь|1цает
площадь
видимой
(гео-
метрическо1!
илп
габаритной)
поверхности
5. Бследствие этого
истинная плотность
тока .[, во много
ра3
мень!це [ш1отности
тока ./,
рассчитанной
по площади
видийой
поверхностп
(га6а-
ритной
плотности).
€оответствен}то
умень1шается
и поляри3ация
электрода.
Аз-за трулностей
измерений
значение
)
пористого
электрода
не
всегда
известно.
||оэтому
в
литературе
по
{1,11
под
терминами
<<площадь
поверхности
электродов>>
и
<<плотность
тока>> обь:чно
подразумевают
5
и
"/.
|!.чотность
тока
"/
при
ра3ряде
больтшинства
!,Р11
находится
в
пределах
от 10
А/м2
до
1 кА/м2'
но
иногда
применяют }1 зна-
чения' выходящие
3а
эти
предельт.
18
|.4. 3аконь:
Фарадея. }дельнь:й
Расход
Реагентов
Б
общем
виде токообразующая
реакция
мох(ет
бьтть
запи'
сана
так:
,оФ
*
т*Р
*
т")(
-+
т'Р
*
т'Ф
*
уу1,
а
отдельнь1е
электроднь|е
реакции
следующим
образом:
,'Ф* **\''
{тае-+т.Р
{т"}';
т*&
*т*)("---,'Ф
|т
"\||
|
пе,
1
||араметр
'?
не надо
зарядов
1_го
иона:
например'
(1.10)
(1.1
1)
(1.12)
где
Ф и
Р-исходньте
окислитель
и
восстановитель
(в
наш:ем
примере
окись
серебра
и
цинк);
Р и
0-продуктьт
их превра-
щения'
т.
е.
восстановленная
форма
окислителя
и
окисленная
форма
восстановителя
(серебро,
окись
цинка);
х,
у-прочие
участники реакции
(ионьт
гидроксила'
молекуль1
водьт)
]
т;
-
сте-
хиометрические
коэффициенть1;
п
-
ч|4сло электронов'
участвую-
щих
в од1{ом элементарном
акте
реак:{ии1
(п:2).
|!о законам'
установленнь|м
.:}1. Фаралеем в 1333-1834
гг.,
общее количество
электричества'
проходящее
через
электрохи_
мическую
янейку,
прямо
свя3ано с
количеством
прореагировав-
т{]их
веществ.
|!ри
взаимодействии по
уравнению
(1.10)
уо
молей
окислителя и
!к
мол€й восстановителя
чере3
цепь
проходит
3а-
ряд
пР,
где
Ё-число
Фарадея,
равное
96485
1(л/моль
(округ_
ленно
96б00
(л/моль),
или
26,8
А.ч/моль.
1ак, например'
в се-
ребряно_шинковых
источниках
тока на
1 моль АвэФ
(231,74
г)
и [ моль
7п
(65,37
г)
приходится
общий
3аряд
2
Р;
т.
е.
53,6
А.ч.
Фтсюда легко
мох(ет
быть подсч|!та1,
теоретшце.скш17
у0ельный
расхо0
реаеентов 89'
на единичное
количество
элект-
ричества'
например на [
А.ч{4,32
г/(А.н) А92Ф
и 1,22
г/(А.в)
7п.
!т|ассу
роаге}1та'
соответствующую
3аряду
Р
(т.
е. в
нашеш
примере
!:Б,вт
г
А92Ф
и 32,68'г
2п),
нааывают
атсвшвалентной,
лассой.
_ойй''"'скшй
у0ельньсй
расхо0
99
вытпе теоретического
3на'
чения.
3то
связа-но
с тем'
что и3-3а
накопле}1ия
продуктов
реак-
ции
ил}1 по
другим
причинам
в пРоцессе
работн
ухуд1||аются
ус_
ловия
протекания
электрохимической
Реакции
и
часть
реагентов
не
удается
использовать
до
конца.
1(роме того'
реагенть|
могут
частично
расходоваться
на
побочные
реакции'
что- приводит
к ках<ушейуся
отступлению
от законов
Фарадея. Фтнолпение
?,:
9о'| 9о
на3ь|вают
коэффшцшентом
шсполь3ованця
данного
реа_
гента.
3тот
коэффициент
в больтпой степени
3ависит от
конст_
руктивнь|х
особенностей
!,|41
11 от
условий
эксплуатации
|\
для
раз1{ых
реагентов
мо)кет
колебаться
в пределах
от 0,2
до
0,98.
путать с
параметром
2'
-
числом
элементарнь1х
для
ионов }о],_
э:
-2.
19