Гальваникалық элементтердің термодинамикасы

Дәрістің мақсаты – гальваникалық элементтер туралы жалпы түсінік және оның термодинамикасын оқып білу.

Жоспар:

1. Гальваникалық элементтер. Гальваникалық элементтердің сандық сипаттамалары.

2. Потенциалдар мен ЭҚК концентрацияға тәуелділігі.

3. Гальваникалық элементтердің термодинамикасы

 

Кілт сөздер: гальваникалық элемент, ЭҚК, диффузиялық потенциал, термодинамика, коэффициент, электролит, электр өріс

1. Гальваникалық элементтер. Гальваникалық элементтердің сандық сипаттамалары. Химиялық реакцияның энергиясы электр энергиясына айналатын, кемінде екі немесе бірнеше электролиттерден тұратын жүйені гальваникалық элемент деп атайды.

Келесі гальваникалық элементтерін айырады:

1. тотығу - тотықсыздану

2. концентрациялық

Якобидің тотығу-тотықсыздану гальваникалық элементін қарастырайық. Гальваникалық элементтерді жазудың үлгісі қабылданған: сол жақта теріс зарядқа ие болатын электрод көрсетіледі, содан соң тік сызық металл-ерітінді шекарасын білдіреді, содан кейін қос тік сызығы екі электролит ерітінділерін бөледі, содан соң тағы да тік сызық және оң зарядқа ие болатын екінші металл көрсетіледі.

Гальваникалық элементтердің сандық сипаттаушысы болып электрқозғаушы күш (ЭҚК) саналады.

ЭҚК – бұл электр өрісінің бір нүктесінен басқасына заряд бірлігін тасымалдау жұмысы. ЭҚК электрод потенциалдарының алгебралық қосындысы ретінде анықталады.

Қалыпты электрқозғаушы күш () деп гальваникалық элементтің стандартты жағдайда және электролит ерітіндісінің активтігі бірге тең болғандағы ЭҚК айтады:

(1)

(1) теңдеуден көрінетіндей, диффузиялық потенциал гальваникалық элементтің ЭҚК азайтады, сондықтан электродты потенциалдың әсерін жоққа шығарады. Сондықтан, электролитер ерітінділері калий хлориді бар тұздық кішкіне кпір арқылы қосылады.

Диффузиялық потенциал деп иондар қозғалғыштықтарының айырмашылығына байланысты бөлу шегінде пайда болатын потенциалды айтады. ерітіндісінде иондар қозғалғыштығы шамамен бірдей:

(2)

(3)

(4)

ЭҚК пайда болу негізінде химиялық үрдіс жатады. Оның энергиясы бізге электр энергиясын береді. Бұл кезде химиялық үрдістің өзі гальваникалық элементтің әртүрлі бөлімшелерінде жүреді. Бұл үрдіс катионды және анионды деп бөлінеді.

Мырыш пластинкасында еруі жүреді, яғни тотығыуы. Демек, мырыш пластинкасы ериді және алынады:

Нәтижесінде гальваникалық элементте келесі үрдіс өтеді:

(5)

(6)

(7)

2. Потенциалдар мен ЭҚК концентрацияға тәуелділігі. ЭҚК концентрацияға тәуелділігі Нернст теңдеуі бойынша анықталады:

(8)

3. Гальваникалық элементтердің термодинамикасы. Егер гальваникалық элемент сыртқы кедергіге тұйықталған болса (егер R өте үлкен алсақ), онда гальваникалық элементің жүйесінде максимальді пайдалы жұмысты беруге мүмкіндігі бар кері үрдіс орнатылады, яғни:

1) (1)

2) (2)

3) (3)

4) (4)

(5)

- бұл әртүрлі температураларда ЭҚК өлшеу арқылы анықталатын ЭҚК коэффициенті.

5) (6)

(7)

(8)

Бақылау сұрақтары:

1. Гальваникалық элекмент дегеніміз не және оның қандай түрлері болады?

2. Электрқозғаушы күш дегеніміз не және ол қалай анықталады?

3. Диффузиялық потенциал дегеніміз не?

4. ЭҚК-ң коцентрацияға тәуелділігін қандай теңдеу бойынша анықталады?

 

Глоссарий:

Гальваникалық элемент –химиялық реакцияның энергиясы электр энергиясына айналатын, кемінде екі немесе бірнеше электролиттерден тұратын жүйе.

Электрқозғаушы күш – бұл электр өрісінің бір нүктесінен басқасына заряд бірлігін тасымалдау жұмысы.

Қалыпты электрқозғаушы күш – гальваникалық элементтің стандартты жағдайда және электролит ерітіндісінің активтігі бірге тең болғандағы ЭҚК.

Диффузиялық потенциал – иондар қозғалғыштықтарының айырмашылығына байланысты бөлу шегінде пайда болатын потенциал.

 

Блиц-тест: