ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Токообразующая окислительно-восстановительная реакция гальванических элементов из "Производство гальванических элементов и батарей" Окислительно-восстановительная реакция связана с двумя одновременно протекающими процессами — окисления и восстановления. Окисление происходит при отдаче электронов атомами или ионами , входящими в состав одного из участвующих в реакции веществ. Отдача электронов, имеющих отрицательный заряд, всегда приводит к увеличению положительного заряда (или к уменьшению отрицательного). Восстановление происходит при получении электронов атомами или ионами чаще всего от другого компонента реакции. Восстановление всегда приводит к уменьшению положительного заряда (или к увеличению отрицательного заряда). Осуществление лишь одного процесса окисления без восстановления и наоборот невозможно. [c.6] Для этого проставим валентности всех элементов, входящих в вещества, участвующие в реакции. Следует обратить внимание на то, что валентность элементов простых веществ следует считать равной нулю. [c.6] В любой окислительно-восстановительной реакции можно найти окислитель и восстановитель. [c.7] В нашем примере цинк будет восстановителем, а ионы водорода серной кислоты — окислителем. Алгебраическая сумма количества принятых и отданных электронов равна нулю. [c.7] Процесс взаимодействия цинка с серной кислотой можно провести так, что не будет производиться никакой работы, кроме небольшой работы, необходимой для выхода пузырьков газообразного водорода из раствора. В этом случае почти вся химическая энергия процесса превратится в тепловую энергию, а реагирующая смесь разогреется. Это происходит при погружении металлического цинка в раствор серной кислоты. Процессы окисления и восстановления в этом случае пространственно не разделены — окисление цинка и образование водорода происходят на поверхности цинка. [c.7] Для превращения химической энергии процесса в электрическую, которая могла бы совершить работу, необходимо пространственно разделить оба процесса, т, е. создать устройство, в котором окисление цинка происходило бы на поверхности цинка, а водород выделялся бы не на цинке. Это было осуществлено в 1800 г. итальянским физиком Вольта, который впервые создал простейший химический источник тока. Такой источник тока представляет собой цинковую и медную пластины, погруженные в раствор серной кислоты (рис. 1). Обе пластины и раствор образуют внутреннюю цепь источника тока. [c.7] В химических источниках тока через твердые вещества с электронной проводимостью осуществляется отвод или подвод электронов к реагирующим веществам. Электроды, на которых происходят процессы окисления, называются анодами, а электроды, на которых происходят процессы восстановления, — катодами. [c.8] В элементе Вольта анодом (отрицательным электродом) является цинковая пластина, а катодом (положительным электродом) — медная. [c.8] Кроме электродов, любой химический источник тока содержит растворенный в воде или, в более редких случаях, расплавленный электролит. В отличие от проводников первого рода растворы электролитов, или проводники второго рода, характеризуются ионной проводимостью. [c.8] К электролитам относятся растворимые в воде соли, щелочи и кислоты. Прохождение тока через проводники второго рода объясняется передвижением ионов. Растворы электролитов обычно в технической литературе и на производстве химических источников тока не совсем точно называют просто электролитами. [c.8] В элементе Вольта электролитом является раствор серной кислоты, в котором находятся положительные ионы водорода Н+ и отрицательные ионы 504 . [c.8] Для получения полезной работы от источника тока во внешнюю цепь, то есть к непогруженным в раствор верхним частям обеих пластин, подключают электрический двигатель, электрическую лампочку или другую нагрузку. При подключении нагрузки на электродах химического источника тока протекают реакции, и химическая энергия превращается в электрическую. [c.8] Рассмотрим процессы, протекающие в элементе Вольта при разряде. Разрядом называется получение электрической энергии от химического источника тока при подключении к нему нагрузки. Атомы цинка теряют электроны и переходят в виде ионов в раствор через границу цинк — раствор. Таким образом, на цинковой пластине происходит окисление цинка. Электроны переходят через внешнюю цепь к медной пластине и нейтрализуют положительные ионы водорода, подошедшие к этой пластине через границу раствор — медь. Образовавшиеся атомы водорода объединяются в молекулы, на поверхности меди наблюдается выделение пузырьков газообразного водорода. [c.8] Вещества, содержащиеся в химических источниках тока, находятся в твердом, жидком или газообразном состояниях. Вещества, образующие однородную по составу и свойствам смесь и имеющие границу раздела от других веществ, называют фазой. [c.8] В химических источниках тока электролит представляет собой жидкую фазу, а электроды — твердые фазы. [c.8] Явления, протекающие на границах соприкасающихся фаз и связанные с изменением химического состава фаз на поверхности раздела, называются элвктрохимически.ми явлениями. В электрохимических явлениях участвуют не менее двух фаз. Чаще всего это металл или окисел металла и жидкость. [c.9] Электрохимической системой называется совокупность веществ химического источника тока, принимающих участие в электрохимической токообразующей реакции. В обозначении электрохимической системы в левой части указываются знак заряда и формула вещества отрицательного электрода, в правой части — знак заряда и формула вещества положительного электрода. Между ними ставятся формулы компонентов электролита, которые отделяются от формул веществ электродов вертикальными линиями. [c.9] У источников тока одной и той же электрохимической системы могут быть различия в концентрации и количестве электролита, конструкции электродов, размере. [c.9] Обычно для химических источников тока применяются такие электрохимические системы, в которых химические реакции обратимы. При отсутствии прохождения тока, т. е. при разомкнутой внещней цепи, существует состояние равновесия химических процессов. [c.9] В источнике тока, предложенном Вольта, даже при незамкнутой внешней цепи окислительно-восстановительный процесс на границе цинк — серная кислота все-таки протекает, так как цинк самопроизвольно может растворяться в кислоте. Поэтому от этого источника тока нельзя получить максимальной работы, и он в настоящее время не применяется. [c.9] Вернуться к основной статье