Реклама

Календарь записей
Февраль 2013
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Апр    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728  

Электрохимические процессы в аккумуляторе

Электрохимическую систему [-Pb][H2S04 + Н20][+РЬ02] свинцово-кислотного аккумулятора конструктивно можно представить в виде двух электродных пластин +РЬ02 и -РЬ, опущенных в банку с сернокислотным электролитом H2S04 (рис. 2.2).» Из химии хорошо известно, что если свинцовую пластину опустить в раствор серной кислоты, то на ее поверхности начнет протекать химическая реакция растворения. Отходными продуктами этой реакции станут сульфат свинца PbS04 и атомарный водород Н:РЬ + H2S04 -» PbS04 + 2НТ. (2.2)Аналогичная реакция растворения будет иметь место и на поверхности пластины, которая покрыта двуокисью свинца:Pb02 + H2S04 -» PbS04 + H20 + ОТ. (2.3)Здесь отходные продукты — все тот же сульфат свинца, вода и свободный кислород. Стрелки вверх (Т) указывают на наличие газовыделения.Однако химические уравнения (2.2) и (2.3) не содержат информации о промежуточных электрохимических процессах, которые приводят к появлению электрических потенциалов на электродных пластинах аккумулятора.Восполним этот пробел следующими замечаниями.Появление электрической разности потенциалов в любом химическом источнике тока связано с протеканием в нем окислительно-восстановительной реакции, при которой активное вещество отрицательного электрода отдает электроны, т.е. окисляется, а активное вещество положительного электрода принимает электроны и тем самым восстанавливается. Вещество, отдающее электроны, называется восстановителем электрохимической системы, а вещество, принимающее электроны — окислителем. При этом и окислитель, и восстановитель предварительно растворяются электролитом.На положительной пластине (на окислителе) последовательность процесса растворения и появления электрического потенциала связана с восстановлением ионов свинца РЬ4+ из двуокиси РЬ02 свинца. Сначала серная кислота, взаимодействуя с дистиллированной водой, диссоциирует, т.е. распадается на положительные ионы Н+ водорода и на отрицательные ионы HS04~ серной кислоты: (H2S04) H20-> (HS04~ + H+) Н20. При этом электролитическая диссоциация кислоты приводит к появлению свободных носителей зарядов в электролите:H2S04 + Н20 = HS04″ + ЗН+ + 2е + О.Ионизированный раствор серной кислоты HS04~ является активным растворителем металлов и их окислов. Поэтому на пластине [+РЬ02] частично растворяется двуокись свинца с образованием сульфата свинца и двух молекул химически активной воды:РЬ02 + (HS04″ + ЗН+ + 2е) = PbS04 + 2Н20.Молекулы Н20, только что вышедшие из химической реакции, обладающие свойствами агрессивного растворителя, интенсивно взаимодействуют с двуокисью свинца, в результате чего образуются четырехвалентные ионы РЬ4+ свинца и одновалентные ионы ОН» гидроксилов: РЬ02 + 2Н20 = Pb4+ + 40Н». Тяжелые ионы свинца не покидают пластину РЬ02 и заряжают ее положительно, а ионы ОН», оставаясь в растворе, заряжают граничную зону электролита отрицательно.Общее уравнение, описывающее электрохимические процессы и равновесие электрических зарядов на положительной пластине, имеет следующий вид:2РЬ02 + H2S04 + Н20 = 2РЬ02 + [HS04" +3H+ + + О + 2е] = [PbSO, + Pb4+] + [40H" + О], (2.4)где [PbS04 + Pb4+] — реагенты на пластине РЬ02; [40Н" +0] — реагенты электролитного раствора.Из уравнения (2.4) видно, что в процессе электролитического растворения пластина РЬ02 получает положительный заряд, а раствор электролита относительно пластины РЬ02 – отрицательный.Возникающая таким образом разность потенциалов, достигая определенных значений, прекращает растворение активной массы РЬ02, так как при этом наступает нейтрализация сил электролитического растворения силами электростатического поля. Энергия химических реакций растворения двуокиси свинца переходит в энергию электрического потенциала <р+с.Уравнение (2.4) наглядно проиллюстрировано рис. 2.3. который представляет собой топограмму граничной зоны у положительной пластины +РЬ02 и отображает следующее:- Электролит (H2S04 + H20) смачивает поверхность положительного электрода (блок а).- Происходит диссоциация кислоты, и ионизированная серная кислота HS04″ растворяет активную массу 2РЬ02. Свободный кислород О пузырьками выделяется в электролит (блок б).- При растворении активной массы образуются молекулы воды Н20 и сульфат свинца PbS04. Сульфат оседает на поверхность пластины РЬ02 (блок в).- Молекулы воды, только что вышедшие из реакции, активно растворяют двуокись свинца РЬ02 на поверхности положительной пластины (блок г).- При растворении из двуокиси РЬ02 свинца восстанавливается чистый свинец в виде четырехвалентных ионов РЬ4+, которые остаются на поверхности пластины РЬ02 и заряжают ее положительно; ионы ОН» гидроксильных групп образуют условную поверхность граничной зоны и тем самым заряжают электролит отрицательно (блок д).- Возникшая разность потенциалов (блок е) называется равновесным потенциалом положительно-го электрода, или просто электродным потенциаломф+ = ф+о – P»"R-

Статьи по теме:

  • Отрицательные пластины 27.04.2010
    (На отрицательной пластине (на восстановителе) имеет место электролитическое растворение свинца, при котором губчатый свинец окисляется до четырехвалентного иона РЬ4+....)
  • Заряд аккумулятора от внешнего источника тока 21.02.2010
    (Совершенно очевидно, что электрическая энергия электродных потенциалов, первоначально полученная в аккумуляторе за счет его заливки электролитом, рано или поздно...)
  • Внутреннее сопротивление аккумулятора 14.04.2010
    (Представим теперь электрохимическую систему [-Pb] [H2S04 + Н20] [+РЬ02] аккумулятора в виде элементов электрической цепи. На рис. 3.3 показана...)
  • Обратимость процессов в аккумуляторе 16.03.2010
    (Токообразующее уравнение 2.7 показывает, что свинцово-кислотный аккумулятор при заряде не накапливает электрическую энергию, а преобразует ее в число молекул...)
  • Первичный разряд аккумулятора 24.04.2010
    (В каждом аккумуляторе полностью заряженной батареи еще до подключения ее к внешней нагрузке на положительных электродах сосредоточено значительное количество...)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться для отправки комментария.

Поиск по блогу