Теми по химия


Категория на документа: Химия


Тема 11: Метали и Сплави.Обща характеристика на металите по групи в Периодичната система.Общи и специфични закономерностти в химичните свойства на металите.Пасивиране на металите.Значение на пасивацията:
Металите са една от основната предпоставка за развитие на човечеството и основен конструкционен материял в машино-строенето и приборостроенето,широко използвани в електротехниката и електрониката.Много ценно е свойството на металите да образуват сплави както по междуси така и с неметали за подобряване на различни тяхни свойства.От известните химични елемнти до момента 80 на брой се считат за метали ,а останалите за неметали,без да има рязка граница между тях. Това разграничение се базира предимно на разликата във физичните им своиства и на някой химични отнасяния,във строежа на тяхните атоми на база йонизационната им енергия която може да служи само като мярка за по-голяма или по-малка степен на металност на елементите.При по-малка йонизационна енергия,по-силно изразени метални своиства и обратно.Метален блясък,непрозрачност,електро и топло проводимост,специфични механични своиства и др. са характерните физични своиства на металите,те са свързани с наличието на свободни електрони в метала и възможност за движение в кристала,с ненасоченост към връзките.Индивидуалните различия във физните и химичните своиства на отделните метали са в съотвествие с мястото им в периодичната система (в съответствие с особеностите на строежа на техните атоми,и с типа на кристалната решетка,която тези атоми образуват).Сплавите се състоят от два или повече елемента и имат своиствата на металите.Получаването им дава възможност да се изменят своиствата на чистите метали,който всъщност в природата не съществуват като такива а като сплави.В зависимост от участващите в тях метали както и от количеството зависят свойствата им,те са хомогенни и представляват твърди ратвори, когато атомите на образуващите ги метали имат опредилено химичесно сходство - почти еднаква електронеотрицателност близки атомни радиуси и сходни кристални решетки.Йоните на единият метал заместват йоните на другият,като се редуват по междуси (сплави на заместване) или се внедряват между атомите на другият метал (слави на внедряване).Когато елементите са с много голямо сходство,разтворимостта и в твърдо и в течни състояние е неограничена. Сплавите от типа на твърдите разтвори се отличават от обикновенните химични съединения по това че имат произволен състав. Хетерогенните сплави са нееднородни по състав и се състоят от кристали на отделните компоненти.При сплавяне на металите е възможно и образуването на химични съединения интерметали,който са различни по своиства и са далеч един от друг в переодичната система. Обща характеристика на металите по групи в Периодичната система :Металите със s и p - електронна конфигурация са разположени в А-подгрупите на периодичната система.Алкалните (1а група) и алкалоземните (2а група) са s - метали.Електронната формула на s-металите за 1а група е ns¹,а за 2а - ns²,където n е главно квантово число на външния електронен слой.Al-алуминият и неговите аналози от 3а-група,Ge - германият,Sn - калаят и Pb - оловото от 4а-група,Sb - антимонът и Bi - бисмутът от 5а-група и Po - полониът от 6а-група са р-метали.Последните се проявяват като метали и за това условно се приемат като метали.Заради химичната си активност тези метали в природата се срещат само като съединения, много рядко като чисти метали като Pb- оловото.Металите от първите 3 групи са с малък атомен радиус - малка плътност - леки метали.Голям атомен радиус с малък брой валентни електрони - нисък йонизационен потенциал на алкалните метали - те са силни редуктори (1а-група).Поради високите си редуктивни своиства p и s-металите от 3а-група се получават предимно чрез електролиза на стопилки от техни съединения.Алкалните метали във водни разтвори образуват хидроокиси.С увеличаване на йонните радиуси в пределите на една подгрупа се засилва основният характер на хидроокисите.Алкалните метали са меки и пластични,с ниска температура на топене и добра електропроводимост и се използват като сплави с някой метали.Преходните метали имат голямо занчение за развитието на машиностроенето,енергетиката,електрониката и други,всички елементи от В-групите на периодичната система се отнасят към преходните метали.Електроните запълват d-орбиталите на последното енергетично ниво.30-метала,разположени по 10 в 4-5-6-ти период,между s и p - металите и се наричат преходни.За всички преходни метали е присъща най-ниска степен на окисляване и е единствена в сучайте,когато са запълнени всички d-орбиталите на предходният слой.Останалите преходни метали имат различна окислителност поради формирането на химична връзка с участие на различен брой електрони от недовършеният d - подниво.Преходните метали имат широко и разнообразно приложение в сравнение с s и p - металите и имат по-висока температура на топене поради по голямата енергия на връзката между атаомите в кристалната решетка която е с по-голяма плътност заради малкият атомен радиус на d-елементите при сравнително по-голяма атомна маса.Химичната активност на d-металите е различна в зависимост от разположението в периодичната система.4Б-подгрупа включва металите Ti-титан;Zr-цирконии;Hf-хафнии,те са блестящо бели,сравнително леки, труднотопими и износоустойчиви.На основата на титана се получават свръхтвърди сплави,а цирконият има приложение в атомните електроцентрали тъй като е устойчив на високи температури и поглъща много малко неутрони.5Б-подгрупа е формирана от:V-ванадии;Nb-ниобии и Ta-тантал,тези метали имат добри механични своиства,но се влияят много от примеси на газове,снижаващи пластичността им.Имат добра химическа устойчивост,използват се за топло и корозион-ноустойчиви сплави. Цирконият има своиството да не пропуска неутрони и се използва в атомните реактори.Танталът се поддава на механична обработка,но най-ценното му своиство е сходимостта му с живите тъкани - използва се в медицината. 6Б-подгрупа включва: Cr-хром;Mo-молибден и W- волфрам.Те са трудно топими,като W е най-трудно топимият метал,имат висока твърдост и се използват като легиращи елементи в стоманите и цветните метали.Много от ценните своиства на металите от Б-групите е че ги имат в съединенията си,особенно боридите,карбидите и нитридите.7Б-подгрупа е съставена от:Mn-манган;Tc-технеции;Re-рении и Bh-бории. Mn-манган е силен редуктор,докато Re-рении е по близк по своиства до W- волфрама и Os-осмий.Манганът не се употребява самостоятелно а като легираща добавка в стоманите и цветните сплави, използва се за отделяне на О2 при топене на стоманите.Реният се използва за изработка на термодвойки.8-група се състой от 3-подгрупи:Подгрупата на Fe-желязото;Co-кобалт и Ni-никел.Тези метали се отличават от следващите две тройки метали (в 5-период -Ru-рутении,Rhродии и Pdпаладии,и в 6-ти период - Osосмий,Irиридий и Ptплатина) по отсъствието на f- орбитали в техните атоми,отразяващо се на своиствата им.Останалите метали от групите се обединяват под наименованието-платинови метали. Fe-желязото е средно активен,но във влажен въздух бързо кородира,разтваря се в киселини,но се пасивира в разтвори на сярна и азотна киселина,за сметка на Co- кобалта който е трудно разтворим в киселини и се използва като легиращ елемент,най-устойчив е химически е Ni- никелът и е легиращ елемент на неръждаемите стомани а сплавите му с мед се използват за далекопроводи. Fe-желязото е най-използван като сплав в техниката.Платиновите метали заедно със Agсреброто и Auзлатото се обединяват в поднаименованието благородни метали.1Б-подгрупа включва:Cuмед; Agсребро и Auзлато,техните електронни потенциали са положителни и са с много ниска химична активност.2Б-подгрупа включва:Znцинк;Cdцадмии и Hg - живак който е течен метал и се използва в различни уреди и за изработка на амалгами-разтвори на метали в живак.
Към fелементите се отнасят лантанидите (от името на първият елемент Laлантан) и актинидите (от 1-ят елемент Acактинии).Електроните им са достатъчно добре свързани с ядрото.Актинидите имат по-силно изразени редукционни своиства от лантанидите поради по-големият си атомен радиус и по-нисък йонизационен потенциал.Лантанидите са дефицитни и за това се използват рядко - редкоземни елементи.Използват се в металургията за подобряване качеството на сплавите от черни и цветни метали, за получаване на стъкло устойчиво на радиация,оптически стъкла и др.Актинидите са радиоактивни и се използват в атомната техника.Елементите след урана практически не се срещат,поради краткият им "живот" неустойчивостта на тежките ядра,те се синтезирет по изкуствен път,а само Plплутоният и Npнептунът се срещат като примеси в урановите руди.
Пасивирането на металите до голяма степен намалява скоростта на окисляване на металите тогава когато те не трябва да бъдат достатъчно реакционно способни,металът има по-малка химична активност в пасивно състояние и практически те не кородират. При пасивиране по повърхността на метала се получава защитен слой който го отделя от атакуващата го среда и намалява скоростта на окисляване,това им свойство има голямо значение за тяхната корозионна устойчивост.Адсорбцията - защитен слой от адсорбиран кислород или други пасивиращи йони върху повърхността на метала.Оксидните покрития се получават при пасивиране на метала на въздух.Металите могът да бъдат в пасивно състояние и чрез внасяне на специални вещества който да образуват върху тях защитни покрития.При отстраняване на пасивиращият слой химично,механично и електрохимично те се депасивират.

Тема 12:Характер на металните оксиди и хидроокиси.Сплави.Интерметални съединения.Основни свойства и приложения на металите в техниката:
Преобладваща част от оксидите на металите имат основен характер.Киселинен характер притежават само някой от оксидите на преходните метали,и то в случайте,когато металът се проявява в своята виша валентност-вишиите оксиди на Mnманган; Crхром и др.Оксидите на металите разположени в периодичната система околу линията BW (напр.Al2O3,ZnO и др.) имат амфотерен характер (Амфотерност е способността на химичните съединения да проявяват киселинни или основни химични свойства, в зависимост от природата на другия компонент, участващ в киселинно-основното взаимодействие. Химичен елемент или съединение с амфотерни свойства при взаимодействие със силна киселина проявява свойствата на основа и обратното - при взаимодействие със силна основа се проявява като киселинно действащо.)Такъв характер имат и оксидите на металите с променлива валентност,средна между най-нишата и най-вишата.Така например в поредицата от оксиди на Cr- хрома - CrO;Cr2O3; Cr2O5; CrO3,оксидът CrO е основен, Cr2O3 има аморфен характер (без определено подреждане и форма), Cr2O5 и CrO3 са киселинни оксиди.Когато металът проявява променлива валентност,най-силно проявен основен характер има оксидът,в който металът е в най-нишата си валентност.Основните оксиди реагират с киселините и с киселинните окиси като се получават соли,киселинните оксиди реагират с основите и основните оксиди,като образуват соли,а амфотерните оксиди с киселини и основи и с алкални оксиди и киселинни оксиди.Хидроокисите на металите се получават с деректно заимодействие на техните оксиди с вода, в зависимост от природата им те също са с сосновен характер-основи,киселинен характер,киселини,или с амфотерен характер.Ако метал има няколко хидроокиса,в който той се явява в различна степен на окисляване,с увеличаване броят на товарите на неговия йон съответните хидроокиси също променят характера си-отслабват основите и се увеличават киселинните им своиства.Типичните метали не реагират с основите. С разтвори на основи реагират само метали,чиито хидрооксиди са амфотерни.Металът първо взаимодейства с водата и след това,полученият хидроокис реагира с основата-този втори етап е възможен,само ако хидроокисът е амфотерен а те могът да реагират както с киселини така и с основи.В присъствие на силни окислители с основи могът да реагират метали с променлива валентност,който в най-нишата си валентност имат киселинни хидроокиси. Сплави: Металите в твърдо състояние не взаймодействат по между си,но се разтварят в стопилка на други метали като се смесват по между си в всякакви съотношения като образуват еднородни смеси,те се състоят от два или повече елемента и имат своиства на метали.При получаването се дава възможност за изменяне на своиствата в желани посоки,и те зависят от участващите в тях метали и техните количествени отношения.Хомогенни са и представляват твърди разтвори,когато атомите имат химическо сходство-почти еднаква електроотрицателност,кристална решетка и атомни радиуси.Като йоните на единият метал постепенно заместват в крисалната решетка йоните на другия метал,като се редуват по между си (сплави на заместване) или се внедряват между атомите на другия метал (сплави на внедряване).При много близко сходство (Ag и Au), разтворимостта и в твърдо и в течно състояние е неограничена.Сплавите от типа на твърдите разтвори се отличават от обикновенните химични съединения по това че имат произволен състав. Хетерогенните сплави са нееднородни по състав и се състоят от кристали на отделните компоненти. При сплавяне на металите е възможно и образуването на химични съединения интерметали,който са различни по своиства и са далеч един от друг в переодичната система.Два типа интерметални съединения и при едни от тях електротроотрицателността е ярко изразена,те се образуват в сплавите на елементите от 4,5 и 6 група с тези на алкалните и алкалоземните метали и някой d-метали.Разликата в електроотрицателността при вторите е по-слабо изразена.Има междинни случай на твърди разтвори и метални съединения,сплавите на елементите от 2А и 1Б-група и не образуват помеждуси химични съединения в обикновенния смисъл на думата,тъи като съотношението между атомите им не са строго подчинени на химичните закони,но и не се изменят произволно и неограничено.Кристалната решетка на интерметалните съединения е различна в зависимост от количественото съотношение на металите.Правилото на Юм-Розери - в дадено интерметално съединение от този тип,съединението между общия брой на валентните електрони в съединението и общия брой на неговите атоми е строго определено,различно за различните типове кристални фази.Кристалната решетка състояща се от два метала ,електроните на единият метал може да заемат енергетичните зони на другия метал и броят на тези електрони не е строго определен като при ковалентната връзка ,а може да се изменя в по-широки граници.Интерметалните съединения са металоподобни по външен вид и физически своиства, но типичните за метали своиства се проявяват по-слабо.Интерметалните съединения на елементите от 3А и 4А подгрупа са полупроводници.Тези съединения рядко се използват самостоятелно,по често в хетерогенни сплави.Образуваните по този начин композиции имат важно място между сплавите.

Тема 14:Електрохимия.Окислително-редукционни процеси.Електроден потенциал - уравнение на Нернст. Електрохимичен ред на напрежението на металите:
Електрохимията се занимава с изучаването на процесите, протичащи на границата на две фази с участието на електро заредени частици-йони,електрони.Обект на електрохимията са най-често явленията между метал и електролит,те обикновено са причината за поява на електрически ток в резултат на химични взаимодействия.Химичните реякции,който се съпровождат с възникване на електрическа енергия или се предизвикват от нея,се наричат електрохимични.Те са окислително-редукционни процеси,намиращи широко приложение в съвремената техника и технологии, в основата на електрохимичните източници на ток,обработка на метали,почистване на отпадъчни води и др.Понятието електроден потенциал е едно от основните понятия в химията.Той представлява потенциален скок,който възниква спонтанно на граничната повърхност между две фази.Съприкосновението между две фази води до своеобразно преразпредиление на електрическите заряди между тях,в резултат на което се образува така нареченият двоен електронен слой.Той възниква в следствие преминаване на електрони или катиони от една фаза в друга или следствие на адсобация на диполни молекули или йони от едната върху другата фаза. Системата проводник с електрическа проводимост в контакт с йонен проводник се нарича електрод.Градивните частици на метала (йоните),който са разположени на неговата повърхност са енергиино по богати от тези във вътрешността му.При контакт на метала с полярен разтворител (най-често вода) диполните водни молекули се орентират с отрицателните си полюси към положително натоварените метални йони.Под деиствието на водните дипололи металните йони се откъсват от повърхно - стта на метала,тъй като при това се намалява повърхностната енергия на системата йоните преминават в разтвора под формата на хидратирани метални йони.Броят йони,преминал от метала в електролита за еденица време от еденица площ,определя скоростта на този процес.Успоредно с този процес започва да протича обратен процес-преминаване на йони от разтвора върху металната повърхност,освобождаването им от хидратната обвивка и включването им в кристалната решетка на метала.Обменът на йони в двете посоки зависи от енергетичното състояние на йона в разтвора.Йоните който напускат повърхността на метала,оставят в нея некомпенсирани свободни електрони,при което повърхността се зарежда отрицателно и привлича преминалите в разтвора йони,като ги средоточва върху себеси и на повърхността на метала възниква така нареченият двоен електронен слой.От разтвора йоните образуват положителна страна на слоя,а останалите в металната повърхност електроотрицателен.
Образуваният на границата метал-електролит двоен електронен слой обуславя разликата между тях,наречена електроден потенциал.Металът се зарежда отрицателно,а контактуващият с него слой положително.При различните метали има различни стоинисти на електроден потенциал.В разтвор на своя сол един метал винаги разтваря по-малко йони отколкото в случай когато е потопен във чиста вода,и толкова по малко,колкото е по-висока концентрацията на йони в разтвора.Металите който изпращат повече йони в разтвора,се зареждат отрицателно,въпреки че електродният им потенциал ще бъде по-малко отрицателен в сравнение с този в чиста вода.Метали като:Cuмед,Agсребро,Auзлато,Pbолово и други потопени в разтвори на свои соли с висока концентрация на метални йони,обратно-част от йоните в разтвора ще преминат върху металната повърхност,металът се зарежда положително,а анионите в разтвора отрицателно.Електродният потенциал на такива метали е елктроположителен.Потенциалната разлика,която отговаря за равновесното състояние на системата метал-разтвор на негова сол,се нарича равновесен електронен потенциал и се бележи с φp.Неговите стоиности могът да се изчислят чрез уравнението на Нерист: RT където R е газова консттанта;T е абсолютната температура

φp = φ0 + ― 1nCMEn+ F е числото на Фарадей; n е заряд на йоните на метала ;

nF CMEn+ е концентрация на йоните на метала в разтвора.При по-висока концентрация се борави с активност на йоните.Когато се заместят стоиностите се получава: 0,0585

φp = φ0 + ―― 1gaMEn+ ,където aMEn+ е активността на металните йони в разтвора. n
Уравнението на Нерист дава възможност за изчисляване на електронния потенциал на всички видове електроди.Потенциалът на метала,потопен в разтвор на собствени йони с активност равна на 1,при температура 25C°,измерен спрямо потенциала на стандартният водороден електрод (приет за 0) е стандартен електронен потенциал.Според стоиността на своите стандартни електронни потенциали във възходящ ред металите са подредени по електро химичен ред на напре -жението на металите.Металите който се намират преди водорода имат отрицателен потенциал и се наричат електротрицателни метали,а тези след него са с положителен и се наричат електроположителни.
Ред на активната относителност на металите:
Li→Cs→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Zn→Cr→Fe→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→ H →Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→A
Електрохимичният ред на напржение дава информация за химическите отнасяния на металите и на някои неметали в разтвори или стопилки на електролити.

Тема 15: Химични източници на електрическа енергия - видове,своиства.Електрохимични системи-галваничен елемент.Същност и процеси.Акумолатори: Химическите източници на електрическа енергия (ХИЕЕ) са устройства,в който химичната енергия на активните вещества вследствие на протичане на окислително-редукционни процеси се превръща директно в електричество.За осъществяване то на това е необходимо тези процеси да бъдат разделени пространствено и електроните да се движат през външна верига,те биват два вида,първични (галванични елементи) за еднократна употреба - докато се изразходват веществата,чието химично взаимодеиствие усигурява получаването на енергия,и вторични източници (акумулатори) веществата които се изразходват в хода на реякциите,могът да бъдат регенерирани след пропускане на електрически ток от външен източник. Процесът на изразходване на химичните вещества с цел да се получи електрически ток се нарича разряд или разреждане. Обратният процес,възможен само при акумолаторите ,при който се възтановяват изразходваните вещества се нарича зареждане.Галваничният елемент - представлява система,в която химичната енергия на пространствено разделени,окислително-редукционни процеси се превръщат в електрическа енергия.Механизмът на това преобразуване може да бъде изяснен при разглеждането на процесите,който протичат в галваничният елемент.Той представлява две полуклетки (цинкова пластина, потопена в разтвор на ZnSO4 (цинков сулфат) и медна пластина,потопена в разтвор на CuSO4 - меден сулфат),свързани с токопроводяща среда.При потапяне на съотвтните метали в електролита върху граничната повърхнина на всеки от тях се установява равновесието метал-метални йони.При това всеки метал придобива опредилен електронен потенциал. Процесите,който протичат при работа на разгледаният галваничен елемент,могът да се опишат с химични уравнения. На повърхността на Zn-цинкът се извършва окислителен процес-неговите атоми се превръщат в йони и хидратирайки се, преминават в разтвора.По този начин Zn се явява анод в електрохимичната система.Ролята на катод се приема от Cu.На нейната повърхност електрони преминават от редуктора към окислителя по външна верига,а в разтвора се извършва насочено движение на йони.Енергията се отделя под формата на електричество.Всички стадии на реакция са свързани по междуси и протичат с една и съща скорост.Електрическата енергия,получена в процеса на работа на галваничният елемент,е равна на произведението от количеството електричество,преминало от анода към катода,и напрежението (потенциалната разлика между двата електрода).Тази разлика зависи от температура,налягане,концентрация на веществата и стоиноста на тока който се черпи от елемента.ЕДН се бележи с Е и е максимална разлика между потенциала на два галванични елемента,в който се осъществява много бавно протичане на процесите.Акумолаторите представляват галванични елементи с тази особенност,че след като са работили известен период от време те могът да се възстановят до първоначалното си състояние.За тази цел е необходимо върху електродите да бъде приложено напрежение от външен източник при което акумолаторът работи като електролизна клетка и окислително-редукционните реакции протичат в обратна посока.По този начин енергията на външният източник се превръща в химична за възстановените вещества.В този вид тя се натрупва (акумолира).Теоретично всеки химичен източник с обратимо протичащи реякции би могъл да служи като акумолатор.За практически цели обаче се подбират такива вещества за електродите и електролита,който усигуряват минимални загуби на енергия.В практиката широко се използват основно два типа акумолатори - киселинни (оловни) и алкални (желязо-никелови). При работа на акумолаторът протичат следните процеси:
на анода - Pb - 2e- + SO42- = PbSO4 (Pb - 2e- = Pb2+) На катода: PbO2 = SO42- + 4H+ + 2e = PbSO4 + H2O (Pb4+ + 2e- = Pb2+)
Т.е. на анода металното олово се окислява,а на катода йонът Pb4+ се редуцира до Pb2+.При зареждане на акумолатора чрез прилагане на напрежение от външен източник реякциите се извършват в обратна посока.При това в разтвора се образува свободна сярна киселина и се възтановяват материалите на катода и анода.
На катода: PbSO4 + 2e- = Pb + SO4 (Pb2+ + 2e- = Pb),
На анода: PbSO4 + H2O - 2e- = PbО2 + SO42- = 4H+ (Pb2+ - 2e- = Pb4+).
Сумарната обратима реякция е: Pb + PbО2 + 4H+ + 2SO42- ↔ 2 PbSO4 + 2H2O.ЕДН на прясно заредена клетка е 2волта.По време на работа то непрекъснато пада тъй като се израдходват материалите на анода,катода и разтвора.Зареждането започва когато падне под 1,8 волта,това е допустимото в експлотационни условия.Оловните акумолатори се използват като източник на ток за тягови цели,за стартери на ДВГ,за авариино осветление и др.Техните предимства са голям токов капацитет малко вътрешно съпротивление голям брой цикли на работа,устойчивост на работния процес,като недостатъци са голяма та им маса, невъзможност за херметезиране,ограничен температурен интервал и др.Разработе ни са оловни акумолатори който заводски са херметезирани и не се нуждаят от доливане на вода за компенсиране на изпарението на електролита.Друг вид акумолатори са алкалните желязо-никелови и кадмиево-никелови,от който най- разпространени са кадмиево-никелови.Този вид акумолатори имат по-малко ЕДН 1,4 волта в заредено състояние,по-висока цена и по-голямо вътрешно съпротивление поради което не могът да се използват за стартерни батерии.Но могът да се херметизират и са по-устойчиви на механични въздеиствия и температури.

Тема 16: Електрохимични системи - електролиза.Същност и процеси:

Електрохимична система се нарича всяка последователност на проводници от първи и втори род,намираща се в електрически контакт по между си.Системата електрод-разтвор на електролит се означава като електрохимична полуклетка,а системата от два електрода и йонен проводник между тях-като електрохимична клетка.Когато върху електрода се установява състояниение на равновесие,неговият потенциал придобива равновесна стоиност и въпреки че непрекъснато се извършва обмен на електрически заряди в двете посоки,не се наблюдава протичане на външен ток.При свързване с външна верига на електродите на двете полуклетки в електрохимичната клетка,се нарушават равновесията на електрони и се извършва преход на електрони от единият електрод към другият т.е. протича ток.Генерира се електрическа енргия за сметка на химични процеси протичащи: окисление в едната и редукция в другата полуклетки.Този вид електрохимични системи се наричат електрохимични източници на ток или галванични елементи. Електрохимичните системи,окис-редукционните процеси на които са заставени да протекат принудително и в обратна посока чрез прилагане на достатъчно високо външно електродвижещо напрежение,се наричат електролизни клетки.Особенностите на химичните процеси,които протичат и в двете системи,се състои в това,че те са пространствено разделени и се извършват в двойно електрически слой на електродите които са свързани в затворена верига.И за двете системи електродът,на които се извършва окислителният процес се нарича анод,а електродът,на които се извършва редукционният - катод.В галваничният елемент преходът на електрони се извършва от отрицателният (анода) към положителния (катода),а в електролизната клетка анод е към положителния електрод, а катода към отрицателният полюс на изсточника на ток.
Електролизата е сложен процес,при който електрическата енергия се превръща в химична или съвкупност от процеси, протичащи при преминаване на електрически ток през разтвор на стопилка или електролити.За осъществяване на електролиза в разтвор или стопилка се потапят два електрода,свързани с источник на прав ток.На електрода,който е включен към отрицателният полюс на источника на постоянен ток (катода),се извършва приемането на електрони,т.е. електрохимична реакция.На електрода свързан към положителният полюс (анода),протича електрохимично окисление,т.е.отдаване на електрони от йони,атоми или молекули.Източникът извлича електрони от единият и ги доставя на другия електрод.Под влиянието на приложеното електрическо поле йоните на стопилката или разтвора,който са се движили преди прилагането на полето хаотично,придобиват орентирано движение като положителните йони се отправят към катода,а отрицателните към-анода.Прилага се върху метална повърхност за защита от корозия,декоративна цел и др.В този случаи анод е металът,от който ще е покритието.Електролитът съдържа освен разтвор на сол (йони) на този метал и някой други съставки за получаване на качествени покрития.Никеловите покрития са едни от покритията най-често използвани в практиката и има основни защитни функции.Отлагат се деректно върху стомана,мед и сплавите и.Корозионната им устойчивост се подобрява когато се нанесе няколко слоя.Получаването на качествено покритие се определя от състава на електролита,предварителна подготовка на повърхността,от параметрите на тока,както и от температурата и разбъркването на електролита.Един от начините за обезмасляване на повърхността е чрез обработка на повърхността с виенска вар (смес от CaO - калциев окис и MgOмагнезиев окис).Химично байцване (целта е да се отделят намиращите се на повърхността метални оксиди чрез разтварянето им).Процеси при никелиране: Разтворът: Ni2++ SO4 > NiSO4.
Водата: H+ + OH = H2O ;Процеси при катода: К(-) Ni2+ + 2e- = Ni.

Тема 17:Приложение на електрохимичните процеси в техниката:
Електрохимията е дял от физикохимията, който изучава процесите на пренос на тока в електролитите, обемните и повърхностните свойства на твърдите и течните тела, които съдържат подвижни йони.
Тази наука се заражда в началото на XIX в., когато е създаден първият продължително действащ източник на постоянен електричен ток - Волтовият стълб. Но истинска теоретична основа на електрохимията става теорията на електролитната дисоциация, създадена през 80-те години на XIX в.
Електродвижещото напрежение (ЕДН) в химичните източници на ток възниква благодарение на взаимодействието между веществата. Първите химични източници на ток - Волтовите стълбове - допринасят за откриването и получаването в свободно състояние на редица нови химични елементи - натрий, калий, калций и др. По-късно се изяснява, че с помощта на електричеството може да се получават не само прости, но и сложни вещества и че по никакъв друг начин не е възможно непрекъснато и в толкова широки граници да се променя скоростта на химичните реакции.
За превръщането на електрохимията в наука важна роля изиграват трудовете на М. Фарадей, X. Дейви, Р. Клаузиус, Й. Берцелиус, Дж. Гибс, С. Арениус, И. А. Каблуков, Р. Херни, А. Н. Фрумкин.
Електрохимичните процеси се състоят от няколко стадия: дифузия, миграция (придвижване) на заредените частици под действието на електричното поле, пренос на заряда и на масата на веществото (във вид на йони). Възможно е също отделяне на мехурчета газ, включване на освободените атоми в "чужди" кристални решетки, насищане на повърхността на електрода с водород, възникване на зародиши на кристализация в електролита и др.
Електрохимията даде на аналитичната химия един от широко прилаганите методи за изследване на веществата - полярографията. Качественият и количественият състав на изследваните вещества се определя по зависимостта на тока от потенциала на живачния капков електрод. Съвременните усъвършенствани полярографски методи позволяват да се установят в един cm3 разтвор примеси на вещества от порядъка на 10-10 g.
Електрохимичните методи, които използуват измерването на ЕДН на галванични елементи, позволяват да се изучават механизмите, термодинамиката и кинетиката на реакциите.
В промишлеността с помощта на електрохимията са разработени основите на производството на такива важни продукти, като сода, хлор, алкални метали, алуминий. Широко се използува електрохимичното рафиниране (пречистване от примеси) на цветни и редки метали. Чрез електросинтез се получават и нови химични продукти. Днес пред електрохимията се откриват големи възможности в областта на органичния синтез. Така с помощта на електричество се получават много органични димери.
Електрохимията помага също и в борбата с корозията на металите, главно по два начина: чрез нанасяне на галванични покрития и по електрохимичен път (катодна и анодна защита).
На техниката и бита електрохимията е дала многобройни химични източници на ток - галванични елементи (батерии), акумулатори, топлинни елементи. В галваничните елементи с еднократно действие енергията е скрита между пространствено разделени реагенти. Елементите с продължително действие се правят обикновено с алкален електролит и с цинков анод. За катод служат окисите на мед, манган, живак. От акумулаторите (за разлика от батериите те могат многократно да се зареждат и презареждат) най-важни са оловните (електролит е сярна киселина, електродите са от олово и от оловен двуокис РbО2). Оловните акумулатори се използуват в автомобилите.
Горивните елементи също са галванични елементи, но като аноден реагент при тях се използува твърдо, течно или газообразно гориво. Електрохимичните реакции като правило са окислително-редукционни реакции. Най-широко разпространение имат водородно кислородните горивни елементи с алкален електролит

Тема 18: Корозия и защита на металите от корозия.Химична корозия.Видове:
Корозията е процес на разрушаване на металите или сплавите при тяхното химично,електрохимично или биохимично взаимодействие с околната среда.Процесът е окислително-редукционнен и се извършва самопроизволно,това е процес,обратен на получаването на металите,колкото по-голяма е изразходваната за полушаване на метала енергия,толкова по-голям е стремежът на метала да премине в свързано състояние.За това корозионно най-устойчиви са благородните метали,който в природата са разпространени под формата на самородни метали.Протичане на корозиционния процес е свързано с намаляване на енергията на системата.Скоростта на протичане зависи от редица фактори от кинетично естество-висока активираща енергия на процеса,затруднения от дифузионнен характер,свързани с своиството на метала да се пасивира и др.Корозиционното поведение на металите зависи от състава,скоростта на движение,температура на корозиционната среда.Според механизма на протичане основно се различават два вида корозия - химична и електрохимична,биохимичната в чист вид се среща по-рядко.В зависимост от характера на корозионната среда се разграничават атмосферна,почвена,морска и други видове корозия. Корозията започва от повърхността на метала,но по-нататък може да се развие по различен начин.Според характера на корозионните разрушения се различават обща или непрекъсната и местна или локална.Общата корозия е равномерна или неравномерна,а местната има редица разновидности-точкова,на петна,язвена,избирателна (разтварят се кристалите само на един от компонентите на сплавта),интеркристална (ограничава се в пространството между отделните кристали), транскристална (корозиционно разпукване,като тя се разпространява през отделни кристали).Кой вид корозия е нежелан може да се определи строго специфично спрямо експлотационните условия на изделието,за напрегнати метални конструкции най-опасна е междукристалната и корозионното напукване,за тръби и реактори точковата е опасна поради възможност за разхерметизирване.При повърхностти който се трият,електрически контакти и високочестотни проводници-непрекъсната корозия-променя физикохимичните характеристики.Причинените от корозия загуби са големи в световен мащаб и нарастват поради увеличаване на металният фонд и работата в среди с все понарастваща агресивност.Силното замръсяване на околната среда от продуктите на изгаряне на горивата,газове изхвърляни от автомобилния транспорт,промишленността,масово приложение на изкуствени торове и средства за защита на раститенията и др.имат неблагоприятно въздействие не само върху човека, животните и растенията, но засилва корозионната агресивност на въздуха,водата и почвата.Средните годишни загуби на метал са големи,тези загуби се дължат не само на прякото изразходване на метал,10 процентна загуба само от корозия на година,а и изразходвана енергия за получаването му,при сегашната тенденция за снижаване на енергиини разходи имат голямо значение.Съществуват множество методи за защита от корозия,който зависят от природата на метала и от условията на експлотацията му.Условно могът да бъдат разделени на три групи:защитни покрития,електрохимична защита и обработка на корозионната среда.Изборът на корозионна защита,който трябва да се осъществи при всеки конкретен случай,зависи от природата на метала,корозионната среда и атмосферните условия,формите и размерите на конструкцията,последствията от корозията,възможностите за ефективна профилактика,ремонт и подмяна на подложените на корозия участаци.Най-добри резултати в борбата с корозията се постигат с нанасяне на покрития,с това се постига защитен,защитно-декоративен ефект съчетан в много случай и с редица функционални своиства - твърдост,износуустойчивост,подходящи елктрофизични характеристики,естетичен външен вид.Използване на евтини метали и сплави в комбинация с покритията заместващи понякога успешно скъпоструващите метали и сплави.Защитният ефект се състои както в изолиране на повърхността на защитаваните метали от пряко въздеиствие на агресивни среди,така и в осъществяване на електрохимична защита при някой метални покрития.Качеството на тези покрития зависи пряко от подготовката на металната повърхност преди нанасянето им.Условно замръсяванията върху металната повърхност могът да се разделят на три основни групи:
оксидни (обгар,ръжда и др.) и соли (продукти на хим.взаимодеиствие),премахват се с обработка с минерални киселини;



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Теми по химия 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.