1. Термодинамика және статистикалық физика макроскопиялық жүйелерде болатын физикалық процестерді зерттейді. Макроскопиялық жүйе

Гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші

жүктеу/скачать 0,78 Mb. бет 21/24 Дата 24.05.2023 өлшемі 0,78 Mb. #177589

Бұл бет үшін навигация:

• Есеп шығару үлгiлерi

Гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші. Гальваникалық элемент дегеніміз химиялық реакциялардың энергиясын тікелей электр энергиясына айналдыратын қондырғы. Гальваникалық элемент өзара сыртқы өткізгіш арқылы жалғасқан екі металл пластинкасы енгізілген және өзара жанасатын екі электролит ерітіндісінен тұрады. Электр тогын беретін гальваникалық элемент теңсіздік күйінде болады. Ондағы тоқ күші азайған сайын, екі электрод арасындағы потенциал айырмасы артады. Ал, егер гальваникалық элементтегі электр тогының күші шексіз аз және система тепе – теңдік жағдайында болса, онда мұндай гальваникалық элемент қайтымды жұмыс істейді. Гальваникалық элемент қайтымды жұмыс істеген кезде алынатын барынша үлкен потенциал айырмасы осы элементтің электр қозғаушы күші (эқк) деп аталады. Егер системадағы процестердің кемінде біреуі термодинамикалық қайтымсыз болса, онда мұндай гальваникалық элемент те қайтымсыз. Қайтымсыз элементке мысал Якоби-Даниэль гальваникалық элементі болады. Ол мыс купорасының ерітіндісіне мырыш пластиналары енгізілген системадан тұрады. Ол элементті схема түрінде келесідей өрнектеуге болады: Cu|CuSO4| | ZnSO4|Zn Схемада екі фазаның беткі шекарасы, мысалы мыс және мырыш пластинасы мен оларға сәйкес ерітінділері тік сызықпен шектеледі. Сондай-ақ бұл сызық осы арада потенциал айырымы пайда болатынын, яғни электр қозғаушы күштің туындайтынын көрсетеді. Ал екі ерітінді арасы екі тік паралель сызықпен бөлініп көрсетіледі. Мұнда да екі ерітінді иондарының диффузиялық жылдамдығы бірдей болмағандықтан, потенциал айырымы пайда болады. Оны диффузиялық потенциал дейді және электр қозғаушы күшті есептегенде ескерілмейді. Стандартты (нормальды) потенциал шамасы оң болатын металды схеманың сол жағында жазады да оң электрод дейді, ал екінші металды оң бөлігіне жазып, теріс электрод дейді. Металл-электролит фаза аралығында қос электр қабаты пайда болады, металдың сұйықпен жанасқан беткі қабаты теріс зарядталады, ал металл электродқа жанасатын ерітінді қабаты оң зарядталады. Гальваникалық тізбек тұйықталмай тұрған кезде, мырыштың электролитте еру процесі тепе-теңдік күйге тез жетеді де, тоқтап қалады. Мырыш электродты мыс электродпен сыртқы өткізгіш арқылы жалғастырса, онда мырыш электродында жиналып қалған артық электрондар сыртқы сым арқылы мыс электродына өтеді және осы кезде тізбекте пайда болатын электр тоғы гальванометр көмегімен өлшенеді. Бұл суретте Якоби-Даниэль гальваникалық элементінің жұмыс жүйесі мен схемасы келтірілген. Ол негізінен бөлінген ыдыстан тұрады. Оның біріншісіне мыс сульфатының судағы ерітіндісі құйылып, оған мыс пластинасы дбатырылған. Ал екінші бөліміне мырыш сульфатының судағы ерітіндісі құйылып, оған мырыш пластинасы батырылған. Екі металл электроды мен екі ерітіндісі бар ыдысты ортасынан бөліп тұрған кеуек қалақша тек ионды ғана өткізеді. Сонымен мырыш электродынан мыс электродына келген электрондар, мыс сульфатының ерітіндісінен мыс электрод пластинасының беткі қабатына орналасқан катиондарды нейтралдағанда мыс электродында таза мыс атомы бөлінеді. Бірінші ыдыста, яғни мыс спульфатының ерітіндісінде бос қалған сульфат иондар m қалақшадан өтіп, бірінші ыдыстан екіншіге ауысады да мұндағы бос қалған мырыш ионымен қосылып, сульфат түзеді. Сондай-ақ, гальваникалық элементтің жұмыс істеген кезінде пайда болған мырыш ионы қалақша арқылы диффузия әсерімен екінші ыдыстан біріншіге ауысады да , ондағы ерітіндіден мыс пластинасына орналасқан мыс катионын алмастырады. Мұның салдарынан бірінші ыдыстағы мыс сульфатының ерітіндісі бірте-бірте мырыш сульфатының ерітіндісіне айналады. Гальваникалық элемент неғұрлым көп жұмыс істесе, мырыш пластинасынан соғұрлым көп электрон ағып, ерітіндіге мырыш ионы ауысады. Демек, гальваникалық элемент мырыш электрод толық еріп, мырыш катионына айналғанша жұмыс істей береді. Сонымен, гальваникалық элемент жұмыс істегенде электр бірден екі тізбек арқылы тасымалданады: сыртқы өткізгіш сым арқылы қозғалатын электрондар легі және элементтің ішкі сұйық фазасындағы қозғалатын катиондар тобы. Кез келген гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші өзіндегі электрод потенциалдарының айырмасына тең, яғни мұндай тізбектің электр қозғаушы күші: Е=ЕCu-EZn (115) Мұны Нернст формуласын пайдаланып, қайта жазсақ: ЕCu=Ж/2 lg aCu²-EºCu; EZn=Ж/2 lg aZn²-Eº (116) Е=ECu-EZn= Ж/2 lg aCu² +EºCu + Ж/2 lg aZn²-EºZn (117) Е=EºCu-EºZn+Ж/2 (lg aCu²-lg aZn²) Тепе –теңдік жағдайындағы электродтардың активтіліктері де өзара тең болатындықтан,(117) теңдеу Е=ЕºCu-EºZn (118) түрінде жазылады. Әр түрлі екі электродтан құралған, бірақ тұз ерітінділерінің концентрациясы бірдей болатын гальваникалық элементтердің электр қозғаушы күші осы элементтердің стандартты потенциал айырмасыа тең. Есеп шығару үлгiлерi жүктеу/скачать 0,78 Mb. Достарыңызбен бөлісу: