Electrochimia. Aplicatii

  • Published on
    22-Jul-2015

  • View
    281

  • Download
    2

Embed Size (px)

Transcript

Profesor: Stan Viorel

Elev: Ungureanu Raluca

15 Iunie 2012

Electrochimia este un domeniu de intereferen dintre chimie i electricitate, care studiaz reaciile electrochimice i aplicaiile acestora: electroliza,coroziunea, acumulatorii electrici, bateriile, procedeele electrochimice de acoperire metalic. Cel mai important procedeu care este studiat de electrochimie este electroliza, ce reprezint o reacie chimic ce are loc la trecerea curentului electric. Reaciile electrochimice sunt acele reacii chimice care au loc n soluii chimice aflate n contact cu materiale conductoare sau semiconductoare i care implic transfer de electroni ntre electrozi i electrolit.Studiul jonciunii a doi semiconductori nu aparine domeniului electrochimiei, ci fizicii solidului.Istoria electrochimiei are conexiuni puternice cu fiziologia prin activitatea lui Luigi Galvani. Au mai contribuit la acest domeniu Friedrich Kohlrausch, Michael Faraday, Johann Wilhelm Hittorf,Walther Nernst, Wilhelm Ostwald, Svante Arrhenius, Aleksandr Frumkin, Heinz Gerischer etc.Un apect istoric controversat din istoria electrochimiei e constituit de bateria de la Bagdad.

Energia Chimica->Energia Electrica. Elemnete Galvanice

Numim element galvanic o surs de energie electric n care energia chimic electric. n figurile 1a i 1b este artat cel mai simplu element galvanic, care este format dintr-un vas, umplut cu electrolit (soluie de acid sulfuric) i doi electrozi: unul de cupru i altul de zinc. Ca rezultat al aciunii chimice cuprului a i electrolitului asupra se transform n energie

zincului, ntre electrozii elementului se

Figura 1a-circuitul este deschis

formeaz o diferen de potenial, adic o f.e.m.(for electromotoare) care poate fi utilizat pentru producerea unui curent ntr-un circuit exterior. n timpul funcionrii unui asemenea element apare i un fenomen vtmtor (duntor), numit polarizare. El const n faptul c, n urma reaciei chimice, n electrolit apar ioni pozitivi de hidrogen, care se mic spre electrodul negativ (cupru) i se depun pe acesta sub form de bicue de hidrogen. Aceste bicue mpiedic apropierea de electrod a noilor ioni i elementul nceteaz s mai funcioneze. Pentru a micora. fenomenul polarizrii electrodul pozitiv se nconjoar cu o substan numit depolarizant, care intr uor n reacie cu hidrogenul i-l absoarbe. Industria sovietic producea o mare cantitate de elemente galvanice de diferite tipuri, care dup calitatea lor sunt considerabil mai bune dect altele modele din strintate. Un mare merit pentru aceste succese aparine inginerilor sovietici laureai ai premiului Stalin - G. G. Morozov i N. S. Krivolukaia. n tehnica transmisiunilor (de exemplu) cea mai mare rspndire o au elementele galvanice cu mangan.Figura 1b-circuitul este nchis

Elementele galvanice cu mangan sunt de dou feluri :umede i uscate. Electrodul negativ al elementului umed l constituie o cutie de zinc (figura 2), n interiorul creia se aeaz electrodul pozitiv denumit aglomerat.

n compunerea aglomeratului intr un amestec de bioxid de mangan, grafit, negru de fum special i sare amoniacal (clorur de amoniu). n aglomerat se preseaz un baston de crbune al crui capt ieit n afar constituie polul pozitiv al elementului. nainte de a fi aezat n cutia de zinc, aglomeratul se usuc.Figura 2

Ca electrolit al elementului servete ipirigul presrat n element sub form de praf. Deasupra, elementul este prevzut cu. dou orificii unul cu diametrul mai mare pentru turnarea apei i al doilea, cu diametrul mai mic, pentru ieirea gazelor, care se formeaz n timpul funcionrii elementului. Pentru a pregti elementul pentru lucru, trebuie s turnm n orificiul mare ap curat a crei cantitate este artat n instruciunile pentru ncrcarea elementului. Elementele umede de tipul 3 V au o f.e.m. de 1,5 V i capacitatea de 27 Ah. La polii unui element n bun stare de funcionare, dac nu este umplut cu ap, nu trebuie s apar nici o f.e.m. La temperaturi joase, aproximativ de minus 150C, elementul umed i pierde capacitatea sa de lucru, totui dac se va umple cu electrolit special, el i pstreaz capacitatea sa de lucru i la o temperatur de pn la minus 400C.

Elementele uscate (figura 3), dup construcia lor se deosebesc de celeumede prin faptul c aglomeratul nu se usuc nainte de a se aeza n vasul de zinc, ci din contra se mbib cu o soluie de ipirig Spaiul dintre pereii vasului de zinc i aglomerat se umple cu un electrolit n form de past. F e.m. a unui element uscat de tipul 3 U (3 C) ca i a celui umed, este egal cu 1,5 V, iar capacitatea de 30 Ah.Figura 3

n comparaie cu elementele umede, elementele uscate au avantajul c sunt gata pentru funcionare imediat dup fabricarea lor.

ns, durata de pstrare a elementelor uscate este mai mic dect a celor umede. Elementul umed poate fi pstrat n stare nencrcat timp de trei ani, pe cnd cel uscat numai un an i jumtate, pentru c n el ncepe autodescrcarea imediat dup fabricare. Acumulatoarele Acumulator se numete un dispozitiv, care acumuleaz n el o energie electric i pe care o cedeaz circuitului exterior pe msura n care avem nevoie de ea. Strngerea (acumularea) n acumulator a energiei electrice se produce n timpul ncrcrii lui i este nsoit de o reacie chimic. n funcie de natura electrolitului, acumulatoarele se mpart n acumulatoare bazice (alcaline) i

acumulatoare cu plumb (acide). Acumulatorul bazic (figura 4) este format dintr-un vas dreptunghiular de oel., nichelat, dintr-un complet de plci pozitive i negative (electrozii) i electrolit. Ca electrolit, bazice n se

acumulatoarele

utilizeaz soluia bazic: de hidrat de sodiu pe timpul verii i de hidrat de potasiu pe timpul iernii n ap distilat. Adesea se folosete unFigura 4

electrolit compus din hidrat de potasiu cu adaos de hidrat de litiu. Electrozii se compun fiecare din mai multe plci, ce conin n ele mas activ. La un acumulator nencrcat, masa activ a plcilor pozitive se compune din hidrat rotoxid de nichel Ni(OH)2 n amestec cu grafit mrunt, iar masa activ a plcilor negative, din hidrat al protoxidului de cadmiu Cd(OH)2 n amestec cu hidrat al protoxidului de fier. n timpul ncrcrii acumulatorului, hidratul de nichel se transform n hidrat nichelic - Ni(OH)3. n acelai timp, masa activ a plcilor negative este redus prin reaciile chimice care au loc iar apoi pe plci apare un amestec spongios al metalelor cadmiu i fier. La descrcarea acumulatorului, toate procesele artate mai sus se produc n ordinea invers: masa activ a plcilor pozitive se transform n hidrat nichelos, iar masa activ a plcilor negative n hidrat al protoxidului de fier i hidrat al protoxidului de cadmiu.

Oricare tip de acumulator bazic se caracterizeaz prin urmtoarele date principale : tensiune, capacitate i rezisten interioar. Capacitatea acumulatorului denumete cantitatea de electricitate, exprimat n amperi-ore, pe care acumulatorul o poate ceda n circuit, la o descrcare cu un curent de intensitate determinat pn cnd tensiunea atinge valoarea final de 1 volt. Capacitatea acumulatorului depinde de dimensiunile plcilor i de numrul lor. Cu ct dimensiunile plcilor i numrul lor este mai mare, cu att este mai mare capacitatea acumulatorului. Temperaturile excesiv de ridicate sau coborte produc o micorare a capacitii acumulatorului; de aceea, n funcie de condiiile de exploatare, se ntrebuineaz electrolii de densiti diferite. Rezistena interioar a unui singur acumulator bazic este de aproximativ 0,03 ohmi. Spre sfritul descrcrii ea se mrete aproximativ de dou ori. Acumulatoarele se leag n serie, constituindu-se o baterie.. Tensiunea total a bateriei este mai mare n acest caz, fa de tensiunea unui singur acumulator de attea ori, ct este numrul acumulatoarelor din baterie. La legarea n serie a acumulatoarelor capacitatea ntregii baterii rmne egal cu capacitatea unui singur acumulator. ncrcarea i descrcarea acumulatoarelor Acumulatoarele se ncarc de la sursele de energie de curent continuu sau de la sursele de curent alternativ, utiliznd redresoarele. ncrcarea acumulatorului poate fi normal, rapid sau forat. ncrcarea normal se efectueaz n timp de 6 ore cu o intensitate de curent egal cu o ptrime din capacitatea acumulatorului; ncrcarea rapid se efectueaz n timp de 4 ore.

ncrcarea forat are o durat de 12 ore: 6 ore cu o intensitate de curent egal cu o ptrime din capacitatea acumulatorului i 6 ore la o intensitate egal cu 1/8 din capacitatea acumulatorului. Descrcarea acumulatorului se admite a se face cu o intensitate de curent care s nu depeasc 1/8 din capacitatea acumulatorului. Tensiunea la sfritul descrcrii, n cazul acumulatoarelor din baterii, nu trebuie s coboare sub 1,1 V pe acumulator i numai n cazuri extreme se poate admite descrcarea pn la 0,9 V. Scurte noiuni asupra acumulatoarelor cu plumb (cu acid) Acumulatoarele cu plumb se compun dintr-un vas, plci i electrolit. Vasele se confecioneaz din sticl, din mas plastic sau lemn, cptuit cu plumb. Plcile acestui acumulator cu plumb se confecioneaz din plumb sub form de grtare i sunt umplute cu mas activ. Ca mas activ a plcilor negative este utilizat plumbul metalic poros (spongios), iar a celor pozitive, bioxidul de plumb. Ca electrolit pentru acumulatoarele cu plumb se ntrebuineaz soluia de acid sulfuric. Acumulatoarele cu plumb ca i cele bazice, se asambleaz n baterii. Tensiunea de lucru a acumulatoarelor cu plumb este egal cu 2 V. Descrcarea acumulatoarelor trebuie oprit cnd tensiunea la bornele sale devine egal cu 1,8 V. Pentru evitarea defectrii plcilor (plcile se acoper cu un strat alb de sulfat de plumb are loc sulfatarea), descrcarea acumulatorului este interzis sub 1,8 V. Rezistena interioar a acumulatoarelor cu plumb este extrem de mic

avnd valori mai mici de l/1OO. Capacitatea acumulatorului cu plumb depinde de cantitatea masei active: cu ct este mai mare cantitatea de mas activ cu att este mai mare capacitatea. Capacitatea acumulatorului nu rmne constant ci se micoreaz n decursul ti