Alüminium açıq odda yanırmı? Düz alov rəngini necə əldə etmək olar? Alüminium-maqnezium ərintilərinin havada yanması

Alovun rənginin onun içində yanan kimyəvi maddələrlə müəyyən edildiyini təxmin etmək çətin deyil, əgər yüksək temperatura məruz qaldıqda yanan maddələrin ayrı-ayrı atomları ayrılır, yanğın rənglənir. Maddələrin yanğının rənginə təsirini müəyyən etmək üçün aşağıda müzakirə edəcəyimiz müxtəlif təcrübələr aparılmışdır.

Qədim dövrlərdən bəri kimyagərlər və elm adamları alovun əldə etdiyi rəngdən asılı olaraq hansı maddələrin yandığını öyrənməyə çalışdılar.

Bütün evlərdə və mənzillərdə mövcud olan qaz su qızdırıcılarının və sobaların alovları mavi rəngə malikdir. Yandırıldıqda, bu kölgə karbon, karbon monoksit tərəfindən istehsal olunur. Meşədə yandırılan odun və ya məişət kibritinin alovunun sarı-narıncı rəngdə olması təbii ağacda natrium duzlarının çox olması ilə əlaqədardır. Bunun sayəsində böyük ölçüdə - qırmızı. Qaz sobasının alovu, adi süfrə duzu ilə səpsəniz, eyni rəng əldə edəcəkdir. Mis yandıqda alov yaşıl olacaq. Düşünürəm ki, uzun müddət qoruyucu birləşmə ilə örtülməyən adi misdən hazırlanmış üzük və ya zəncir taxdığınız zaman dərinin yaşıllaşdığını görmüsünüz. Eyni şey yanma prosesində də baş verir. Mis miqdarı yüksəkdirsə, ağ ilə demək olar ki, eyni olan çox parlaq yaşıl işıq meydana gəlir. Mis qırıntılarını qaz ocağına səpsəniz, bunu görmək olar.

Adi qaz ocağı və müxtəlif minerallardan istifadə etməklə bir çox təcrübələr aparılmışdır. Bu yolla onların tərkibi müəyyən edilirdi. Minerali cımbızla götürüb alova qoymaq lazımdır. Yanğın götürdüyü rəng elementdə mövcud olan müxtəlif çirkləri göstərə bilər. Yaşıl alov və onun çalarları mis, barium, molibden, sürmə və fosforun varlığını göstərir. Bor mavi-yaşıl rəng əmələ gətirir. Selenium alova mavi rəng verir. Alov stronsium, litium və kalsiumun, bənövşəyi isə kaliumun iştirakı ilə qırmızı rəngə boyanır. Sarı-narıncı rəng natrium yandıqda əmələ gəlir.

Tərkibini müəyyən etmək üçün mineralların tədqiqi Bunsen burnerindən istifadə etməklə aparılır. Alovun rəngi bərabər və rəngsizdir, təcrübənin gedişatına mane olmur. Bunsen ocağı 19-cu əsrin ortalarında icad etdi.

O, alovun kölgəsinə görə maddənin tərkibini təyin etməyə imkan verən bir üsul tapdı. Elm adamları ondan əvvəl də oxşar təcrübələr keçirməyə çalışmışdılar, lakin onların rəngsiz alovu eksperimentin gedişinə mane olmayan Bunsen ocağı yox idi. O, platin məftil üzərində müxtəlif elementləri ocaq oduna qoydu, çünki bu metal əlavə edildikdə alov rənglənmir. İlk baxışdan bu üsul yaxşı görünür, zəhmət tələb edən kimyəvi analizdən imtina etmək olar. Sadəcə elementi atəşə gətirmək və onun nədən ibarət olduğunu görmək lazımdır. Ancaq təmiz formada olan maddələr təbiətdə çox nadir hallarda tapıla bilər. Onlar adətən alovun rəngini dəyişən çoxlu miqdarda müxtəlif çirkləri ehtiva edirlər.

Bunsen müxtəlif üsullardan istifadə edərək rəngləri və çalarları vurğulamağa çalışıb. Məsələn, rəngli şüşədən istifadə etməklə. Deyək ki, mavi şüşədən baxsanız, ən çox yayılmış natrium duzlarını yandırarkən yanan sarı rəngi görməyəcəksiniz. Sonra istənilən elementin lilac və ya tünd qırmızı kölgəsi fərqlənir. Ancaq hətta bu cür hiylələr çox nadir hallarda mürəkkəb mineralın tərkibinin düzgün müəyyən edilməsinə səbəb oldu. Bu texnologiya daha çox şeyə nail ola bilməzdi.

İndiki vaxtda belə bir məşəl yalnız lehimləmə üçün istifadə olunur.

Alovlar müxtəlif rənglərdə olur. Şömine baxın. Günlüklərdə sarı, narıncı, qırmızı, ağ və mavi alovlar rəqs edir. Onun rəngi yanma temperaturundan və yanan materialdan asılıdır. Bunu təsəvvür etmək üçün elektrik sobasının spiralını təsəvvür edin. Kafel söndürülürsə, spiral növbələr soyuq və qara olur. Deyək ki, siz şorbanı qızdırmaq və ocağı yandırmaq qərarına gəldiniz. Əvvəlcə spiral tünd qırmızıya çevrilir. Temperatur yüksəldikcə, spiralın qırmızı rəngi daha parlaq olur. Kafel maksimum temperatura çatdıqda, rulon narıncı-qırmızı olur.

Təbii ki, spiral yanmır. Alovu görmürsən. O, həqiqətən istidir. Onu daha da qızdırsanız, rəngi dəyişəcək. Əvvəlcə spiralın rəngi sarıya çevriləcək, sonra ağa çevriləcək və daha da qızdıqda ondan mavi bir parıltı çıxacaq.

Oxşar bir şey yanğınla da olur. Nümunə olaraq bir şam götürək. Şam alovunun müxtəlif sahələri fərqli temperaturlara malikdir. Yanğın oksigenə ehtiyac duyur. Əgər şamı şüşə qabla örtsəniz, yanğın sönər. Fitilə bitişik şam alovunun mərkəzi sahəsi az oksigen istehlak edir və qaranlıq görünür. Alovun yuxarı və yan hissələri daha çox oksigen alır, ona görə də bu sahələr daha parlaq olur. Alov fitildən keçərkən, mum əriyir və xırda karbon hissəciklərinə parçalanır. (Kömür də karbondan ibarətdir.) Bu hissəciklər alovla yuxarıya doğru daşınaraq yanır. Onlar çox isti və kafelinizin spirali kimi parlayırlar. Lakin karbon hissəcikləri ən isti kafelin bobinindən qat-qat istidir (karbonun yanma temperaturu təxminən 1400 dərəcə Selsi). Buna görə də onların parıltısı sarıdır. Yanan fitilin yanında alov daha da isti olur və mavi rəngdə parıldayır.

Şöminənin və ya odun alovları əsasən rəngarəng görünür. Odun bir şamdan daha aşağı temperaturda yanır, buna görə də odun əsas rəngi sarı deyil, narıncıdır. Yanğın alovunda bəzi karbon hissəcikləri kifayət qədər yüksək temperatura malikdir. Onların sayı azdır, lakin alova sarımtıl rəng əlavə edirlər. İsti karbonun soyudulmuş hissəcikləri bacalara çökən hisdir. Ağacın yanma temperaturu şamın yanma temperaturundan aşağıdır. Kalsium, natrium və mis yüksək temperatura qədər qızdırıldıqda müxtəlif rənglərdə parlayır. Onlar bayram atəşfəşanlığının işıqlarını rəngləmək üçün raket tozuna əlavə edilir.

Alovun rəngi və kimyəvi tərkibi

Alovun rəngi logların və ya digər alışan maddələrin tərkibində olan kimyəvi çirklərdən asılı olaraq dəyişə bilər. Alovun tərkibində, məsələn, natrium çirkləri ola bilər.

Hələ qədim zamanlarda elm adamları və kimyagərlər alovun rəngindən asılı olaraq odda hansı növ maddələrin yandığını anlamağa çalışırdılar.

• Natrium süfrə duzunun tərkib hissəsidir. Natrium qızdırıldıqda parlaq sarıya çevrilir.
• Kalsium atəşə buraxıla bilər. Südün tərkibində çoxlu kalsium olduğunu hamımız bilirik. Bu metaldır. İsti kalsium parlaq qırmızıya çevrilir.
• Fosfor odda yanarsa, alov yaşılımtıl olur. Bütün bu elementlər ya odun tərkibində olur, ya da başqa maddələrlə atəşə girir.
• Evdə demək olar ki, hər kəsin alovları mavi rəngdə olan qaz sobaları və ya su qızdırıcıları var. Bu, bu kölgəni verən yanan karbon, karbon monoksit ilə bağlıdır.

Alovun rənglərini qarışdırmaq, məsələn, göy qurşağının rənglərini qarışdırmaq, ağ yarada bilər, buna görə də odun və ya şöminənin alovunda ağ sahələr görünür.

Müəyyən maddələrin yanması zamanı alov temperaturu:

Düz alov rəngini necə əldə etmək olar?

Mineralları öyrənmək və onların tərkibini müəyyən etmək üçün istifadə olunur Bunsen yandırıcı, 19-cu əsrin ortalarında Bunsen tərəfindən icad edilən təcrübənin gedişatına mane olmayan bərabər, rəngsiz alov rəngi verir.

Bunsen alov elementinin qızğın pərəstişkarı idi və tez-tez alovla məşğul olurdu. Onun hobbisi şüşə üfürmək idi. Müxtəlif hiyləgər dizaynları və mexanizmləri şüşədən üfürərək, Bunsen ağrının fərqinə varmadı. Elə vaxtlar olurdu ki, onun cızıqlı barmaqları isti, hələ də yumşaq şüşədən tüstülənməyə başlayır, amma buna fikir vermirdi. Ağrı artıq həssaslıq həddini aşmışdısa, o, öz metodundan istifadə edərək özünü xilas etdi - qulaqcıqlarını barmaqları ilə möhkəm basdı, bir ağrını digəri ilə kəsdi.

Alovun rənginə görə maddənin tərkibini təyin etmək üsulunun banisi məhz o idi. Təbii ki, ondan əvvəl alimlər belə təcrübələr aparmağa çalışıblar, lakin onların təcrübəyə mane olmayan rəngsiz alovlu Bunsen ocağı yox idi. O, platin məftil üzərində müxtəlif elementləri ocaq alovuna daxil etdi, çünki platin alovun rənginə təsir etmir və onu rəngləndirmir.

Belə görünür ki, üsul yaxşıdır, mürəkkəb kimyəvi analizə ehtiyac yoxdur; elementi alova gətirin və tərkibi dərhal görünür. Amma orda yoxdu. Təbiətdə çox nadir hallarda maddələr təmiz formada olur, onlar adətən rəngini dəyişən çoxlu müxtəlif çirkləri ehtiva edirlər.

Bunsen rəngləri və onların çalarlarını təcrid etməyin müxtəlif üsullarını sınadı. Məsələn, mən rəngli şüşədən baxmağa çalışdım. Tutaq ki, mavi şüşə ən çox yayılmış natrium duzlarının yaratdığı sarı rəngi söndürür və yerli elementin qırmızı və ya bənövşəyi rəngini ayırd etmək olar. Amma hətta bu hiylələrin köməyi ilə mürəkkəb mineralın tərkibini yüzdə bir dəfə müəyyən etmək mümkün idi.

Bu maraqlıdır! Atomların və molekulların müəyyən rəngli işıq yayma xüsusiyyətinə görə, maddələrin tərkibini təyin etmək üçün bir üsul hazırlanmışdır ki, bu da adlanır. spektral analiz. Alimlər maddənin, məsələn, yanan zaman buraxdığı spektri öyrənir, onu məlum elementlərin spektrləri ilə müqayisə edir və bununla da onun tərkibini müəyyənləşdirirlər.

Alüminiumun yanması

Alüminiumun havada yanması

Maqneziumdan fərqli olaraq, tək alüminium hissəcikləri havada və ya su buxarında 2100 K-ə qədər qızdırıldıqda alovlanmır. Yanan maqnezium hissəcikləri alüminiumu alovlandırmaq üçün istifadə edilmişdir. Sonuncular qızdırıcı elementin səthinə, alüminium hissəcikləri isə birincidən 10-4 m məsafədə iynənin ucuna yerləşdirildi.

Alüminium hissəcikləri alovlandıqda, alovlanma buxar fazasında baş verir və hissəcik ətrafında görünən parıltı zonasının intensivliyi yavaş-yavaş artır. Stasionar yanma, metal demək olar ki, tamamilə yandırılana qədər ölçüsünü dəyişməyən bir parıltı zonasının olması ilə xarakterizə olunur. Parıltı zonası və hissəcik ölçülərinin nisbəti 1,6-1,9-dur. Parıltı zonasında toqquşma zamanı birləşən kiçik oksid damcıları əmələ gəlir.

Hissəciyin yanmasından sonra qalıq içərisində metal olmayan içi boş bir qabıqdır. Hissəciyin yanma müddətinin onun ölçüsündən asılılığı düsturla (simmetrik yanma) ifadə edilir.

Alüminiumun su buxarında yanması

Alüminiumun su buxarında alovlanması heterojen şəkildə baş verir. Reaksiya zamanı buraxılan hidrogen oksid filminin məhvinə kömək edir; bu halda maye alüminium oksidi (və ya hidroksid) diametri 10-15 mikrona qədər olan damlalar şəklində püskürtülür. Oksid qabığının bu cür məhv edilməsi vaxtaşırı təkrarlanır. Bu, metalın əhəmiyyətli bir hissəsinin hissəcik səthində yandığını göstərir.

Yanmanın başlanğıcında nisbət rsv /r 0 1,6-1,7-ə bərabərdir. Yanma prosesində hissəciklərin ölçüsü azalır, gs/?o nisbəti isə 2,0-3,0-a qədər artır. Alüminium hissəciyinin su buxarında yanma sürəti havadakından təxminən 5 dəfə çoxdur.

Alüminium-maqnezium ərintilərinin yanması

Alüminium-maqnezium ərintilərinin havada yanması

Dəyişən tərkibli alüminium-maqnezium ərintilərinin hissəciklərinin havada, oksigen-arqon qarışıqlarında, su buxarında və karbon qazında alovlanması, bir qayda olaraq, maqnezium hissəciklərinin alovlanmasına bənzər şəkildə davam edir. Alovlanma başlamazdan əvvəl səthdə baş verən oksidləşdirici reaksiyalar baş verir.

Alüminium-maqnezium ərintilərinin yanması həm alüminiumun, həm də maqneziumun yanmasından əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir və ərintidəki komponentlərin nisbətindən və oksidləşdirici mühitin parametrlərindən çox asılıdır. Alaşımlı hissəciklərin yanmasının ən mühüm xüsusiyyəti iki mərhələli prosesdir (şəkil 2.6). Birinci mərhələdə hissəcik reaksiya məhsullarının qeyri-bərabər lüminesans zonasını təşkil edən məşəl dəsti ilə əhatə olunur. Yanan maqnezium hissəciyinin ətrafındakı işıqlı zonanın təbiəti və ölçüsü ilə yanmanın birinci mərhələsində ərinti hissəciyini əhatə edən işıqlı zonanın təbiəti və ölçüsünü müqayisə edərək (bax. Şəkil 2.4), belə nəticəyə gəlmək olar ki, bu mərhələdə, əsasən, maqnezium hissəcikdən yanır.

düyü. 2.6. Həcmi 15% O olan qarışıqda normal atmosfer təzyiqində 30% Al + 70% Mg ərintisi hissəciyinin yanması 2və 85% Ar:

1, 2 – maqnezium tükənməsi; 3-6 – alüminium tükənməsi

Alaşımlı yanmanın birinci mərhələsinin bir xüsusiyyəti hissəcik ölçüsünün və alov zonasının sabitliyidir. Bu o deməkdir ki, ərintinin maye damcısı bərk oksidin qabığındadır. Oksid filmində maqnezium oksidi üstünlük təşkil edir. Film qüsurları vasitəsilə maqnezium buxar fazalı diffuziya alovunda yanaraq axır.

Birinci mərhələnin sonunda heterojen reaksiyaların baş verməsi artır, bunu hissəcik səthində parlaq lüminesans ocaqlarının görünməsi sübut edir. Heterojen reaksiyalar zamanı buraxılan istilik hissəciyi oksidin ərimə nöqtəsinə qədər qızdırmağa və yanmanın ikinci mərhələsinin başlanğıcına kömək edir.

Yanmanın ikinci mərhələsində hissəcik vahid, daha parlaq bir parıltı zonası ilə əhatə olunur, metal yandıqca azalır. Alov zonasının homojenliyi və sferikliyi hissəciyin səthindəki oksid plyonkasının ərimiş olduğunu göstərir. Film vasitəsilə metalın yayılması maye oksidin aşağı diffuziya müqaviməti ilə təmin edilir. Alov zonasının ölçüsü hissəcik ölçüsünü əhəmiyyətli dərəcədə aşır, bu da buxar fazasında metalın yanmasını göstərir. Yanmanın ikinci mərhələsinin təbiətinin məlum alüminium yanma nümunəsi ilə müqayisəsi böyük oxşarlıqdan xəbər verir, çox güman ki, prosesin bu mərhələsində alüminium yanır. Söndükcə alovun ölçüsü və nəticədə yanan damcı azalır. Yanmış hissəcik uzun müddət parlayır.

Təsvir edilən mexanizmə uyğun olaraq yanan hissəciklərin parıltı zonasının ölçüsünün dəyişdirilməsi mürəkkəbdir (Şəkil 2.7). Alovlandıqdan sonra dəyər r St. /r 0 sürətlə (-0,1 ms-də) maksimum dəyərə çatır (bölmə ab). Bundan əlavə, yanmanın birinci mərhələsinin əsas vaxtı ərzində nisbət r St/ r 0 sabit qalır (bölmə bv). Maqnezium tükənməsi bitdikdə, r CV/ r 0 minimuma endirilir (nöqtə G), və sonra alüminium yanmasının başlanğıcı ilə artır (bölmə gd). Nəhayət, amma alüminium kimi yanır r St. /r 0 monoton şəkildə azalır (bölmə de) əmələ gələn oksidin ölçüsünə uyğun olan son qiymətə.

düyü. 2.7.:

1 – ərintisi 30% Al + 70% Mg, hava; 2 – ərintisi 30% A1 + 70% Mg, qarışıq 15% O2 + 85% Ar; 3 – ərintisi 50% A1 + 50% Mg, hava

Alüminium-maqnezium ərintilərinin yanma prosesinin mexanizmi və parametrləri ərintinin tərkibindən əhəmiyyətli dərəcədə asılıdır. Alaşımda maqnezium miqdarının azalması ilə yanmanın birinci mərhələsində parıltı zonasının ölçüsü və bu mərhələnin müddəti azalır. Alaşımdakı maqnezium miqdarı 30% -dən az olduqda, proses iki mərhələli bir proses olaraq qalır, lakin fasiləli olur. Birinci mərhələnin sonunda parıltı zonası hissəciyin özünün ölçüsünə qədər azaldılır, yanma prosesi dayanır və alüminium yalnız hissəcik yenidən alovlandıqdan sonra yanır. Yenidən alışmayan hissəciklər içərisində yanmamış alüminium damcıları olan içi boş, məsaməli oksid qabıqlarıdır.

Hissəciklərin yanma müddətinin onların ilkin diametrindən asılılığı aşağıdakı empirik düsturlarla ifadə edilir:

Alüminium-maqnezium ərintilərinin oksigenin arqon ilə qarışıqlarında, su buxarında və karbon qazında yanması.

Oksigen-arqon qarışıqlarında alüminium-maqnezium ərintilərinin hissəciklərinin yanma təbiəti havada olduğu kimidir. Oksigen miqdarının azalması ilə maqnezium tükənməsi zamanı parıltı zonasının ölçüsü nəzərəçarpacaq dərəcədə azalır. 50% Al + 50% Mg ərintisi hissəciklərinin yanma müddətinin hissəcik ölçüsündən və qarışıqdakı oksigen miqdarından həcm faizlə asılılığı düsturla ifadə edilir.

Su buxarında ərintilərin yanması əhəmiyyətli dərəcədə fərqlidir (şəkil 2.8). Birinci mərhələdə əmələ gələn oksid təbəqəsi hidrogen tərəfindən məhv edilir və hissəcik mərcan görünüşünü alır. Mərcanda qalan alüminium birinci mərhələnin bitməsindən yalnız 1-10 ms sonra alovlanır. Prosesin belə fasiləsizliyi istənilən tərkibli ərintilər üçün xarakterikdir.

düyü. 2.8. Alüminium-maqnezium ərintisi hissəciklərinin yanması (50:50) sferik(A) və səhv(b) Normal atmosfer təzyiqində su buxarında əmələ gəlir:

1 – ilkin hissəcik; 2 – alovlanmadan əvvəl hissəcik; 3 - maqnezium tükənməsi; 4 - alüminiumun yanması; 5 – hissəcikdən sonra əmələ gələn mərcan

Alüminium-maqnezium ərintiləri karbon qazında yandıqda, hissəcikdən yalnız maqnezium yanır, bundan sonra yanma prosesi dayanır.

Alüminium-maqnezium ərintilərinin yüksək temperaturlu alovda yanması

Yüksək temperaturda metal hissəciklərinin yanma prosesini öyrənmək üçün 2500, 2700 və 3100 K hesablanmış yanma temperaturlarına malik ammonium perklorat və heksamin qarışıqlarının preslənmiş tableti iynə ucuna quraşdırılmış hissəcik altında yandırıldı.

Bu şəraitdə alüminium-maqnezium ərintilərinin hissəciklərinin yanması, bir qayda olaraq, partlayışla baş verir. Partlayışın olması bütün kompozisiyaların hissəcikləri üçün xarakterikdir. Partlayış nəticəsində əhəmiyyətli bir lüminesans zonası meydana gəlir ki, bu da buxar fazasının yanmasının üstünlüyünün əlamətidir. Yanmanın başlanğıcında yanan hissəciyin fotoşəkilləri (Şəkil 2.9, A) oksid qabığının bütün səthində heterojen reaksiyaların baş verdiyini göstərir. Heterogen reaksiyaların istiliyinə görə metalın sürətli buxarlanması baş verir (şək. 2.9, b), oksid qabığının qırılmasına və buxarlanmamış damlanın sıçramasına kömək edir (Şəkil 2.9, V).

düyü. 2.9. 95% Al xəlitəli hissəciklərin yanması oksidləşdirici alovda 5% Mg ilə (temperatur 2700 K):

A- yanmanın ilkin mərhələsi; b- stasionar yanma; V- parçalanma

B. G. Lrabey, S. E. Salibekov və Yu. V. Leninskinin fikrincə, alüminium-maqnezium ərintilərinin hissəciklərinin əzilməsi maqnezium və alüminiumun qaynama temperaturlarında çox böyük fərqlə baş verir ki, bunun nəticəsində hissəcik yarandıqda maqneziumun qaynaması baş verir. yüksək temperatur zonasında olması partlayıcıdır və qalan alüminiumun əzilməsinə gətirib çıxarır. Partlayıcı yanmanın baş verməsi üçün 2500 K temperatur artıq kifayətdir, bu olduqca təbiidir, çünki bu temperatur hər iki komponentin qaynama nöqtəsini üstələyir.

• Arabey B. G., Salibekov S. E., Levinsky Yu. V. Metal tozunun alovlanması və yanmasının bəzi xüsusiyyətləri // Toz metallurgiyası. 1964. No 3. S. 109-118.

Davam edən proseslərin qanunlarını formalaşdırmaq üçün özümüzü kationları nəzərdən keçirməklə məhdudlaşdıra və anionları istisna edə bilərik, çünki onlar özləri reaksiyada iştirak etmirlər. (Lakin çökmə sürətinə anionların növü təsir edir.) Sadəlik üçün həm ayrılan, həm də həll olunan metalların iki valentli olduğunu fərz etsək, onda yaza bilərik:

Mən 1 + Mən 2 2+ => Mən 1 2+ + Mən 2

Üstəlik, birinci təcrübə üçün Me 1 = Fe, Me 2 = Cu. Beləliklə, proses hər iki metalın atomları və ionları arasında yüklərin (elektronların) mübadiləsindən ibarətdir. Dəmirin həllini və ya misin çökməsini ayrıca (aralıq reaksiyalar kimi) nəzərdən keçirsək, əldə edirik:

Fe => Fe 2+ + 2е -
Сu 2+ + 2е - => Сu

İndi bir metalın suda və ya duz məhlulunda batırıldığı halı nəzərdən keçirək, kation ilə stres seriyasındakı mövqeyinə görə mübadiləsi qeyri-mümkündür. Buna baxmayaraq, metal bir ion şəklində məhlula girməyə meyllidir. Bu zaman metal atomu iki elektrondan imtina edir (metal ikivalentdirsə), məhlula batırılmış metalın səthi məhlula nisbətən mənfi yüklənir və interfeysdə ikiqat elektrik təbəqəsi əmələ gəlir. Bu potensial fərq metalın daha da əriməsinin qarşısını alır, beləliklə proses tezliklə dayanır. Əgər iki fərqli metal məhlulda batırılırsa, onların hər ikisi yüklənəcək, lakin daha az aktiv olan bir qədər zəif olacaq, çünki onun atomları elektron itirməyə daha az meyllidir. Hər iki metalı keçirici ilə birləşdirək. Potensial fərqə görə elektron axını elementin müsbət qütbünü təşkil edən daha aktiv metaldan daha az aktiv olana doğru axacaq. Daha aktiv metalın məhlula daxil olduğu və məhluldakı kationların daha nəcib metal üzərində sərbəst buraxıldığı bir proses baş verir.

Qalvanik hüceyrənin mahiyyəti

İndi yuxarıda verilmiş bir qədər mücərrəd əsaslandırmanı bir neçə təcrübə ilə təsvir edək (bu, üstəlik, kobud sadələşdirməni ifadə edir).

Əvvəlcə 250 ml-lik stəkanı ortasına 10% sulfat turşusu məhlulu ilə doldurun və içərisinə çox kiçik olmayan sink və mis parçaları batırın. Hər iki elektroda mis teli lehimləyirik və ya pərçim edirik, ucları məhlula toxunmamalıdır.

Telin ucları bir-birinə bağlanmadığı müddətcə, hidrogenin sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunan sinkin həllini müşahidə edəcəyik. Sink, gərginlik seriyasından aşağıdakı kimi, hidrogendən daha aktivdir, buna görə metal hidrogeni ion vəziyyətindən çıxara bilər. Hər iki metalda ikiqat elektrik təbəqəsi əmələ gəlir. Elektrodlar arasındakı potensial fərqi aşkar etməyin ən asan yolu bir voltmetrdir. Cihazı dövrəyə bağladıqdan dərhal sonra ox təxminən 1 V göstərəcək, lakin sonra gərginlik tez düşəcək. Elementə 1 V istehlak edən kiçik bir ampul bağlasanız, o, yanacaq - əvvəlcə olduqca güclü, sonra parıltı zəifləyəcək.

Cihazın terminallarının polaritesinə əsaslanaraq, mis elektrodun müsbət qütb olduğu qənaətinə gələ bilərik. Prosesin elektrokimyasını nəzərə alaraq bunu cihaz olmadan da sübut etmək olar. Kiçik stəkanda və ya probirkada xörək duzunun doymuş məhlulunu hazırlayaq, təxminən 0,5 ml fenolftalein indikatorunun spirt məhlulu əlavə edib məhlula naqillə bağlanmış hər iki elektrodu batıraq. Mənfi qütbün yaxınlığında zərif qırmızımtıl rəng müşahidə olunacaq ki, bu da katodda natrium hidroksid əmələ gəlməsi nəticəsində yaranır.

Digər təcrübələrdə hüceyrəyə müxtəlif metal cütləri yerləşdirmək və nəticədə yaranan gərginliyi təyin etmək olar. Məsələn, maqnezium və gümüş, aralarındakı əhəmiyyətli məsafə və bir sıra gərginliklər səbəbindən xüsusilə böyük bir potensial fərq verəcək, sink və dəmir isə əksinə, voltun onda birindən az olan çox kiçik bir dəyər verəcəkdir. Alüminiumdan istifadə edərək, passivasiya səbəbindən praktik olaraq heç bir cərəyan almayacağıq.

Bütün bu elementlərin və ya elektrokimyaçıların dediyi kimi, sxemlərin dezavantajı var ki, cərəyanı ölçərkən onların üzərindəki gərginlik çox tez düşür. Buna görə də, elektrokimyaçılar həmişə metoddan istifadə edərək enerjisiz vəziyyətdə gərginliyin həqiqi dəyərini ölçürlər gərginlik kompensasiyası, yəni onu başqa bir cərəyan mənbəyinin gərginliyi ilə müqayisə etmək.

Mis-sink elementindəki prosesləri bir az daha ətraflı nəzərdən keçirək. Katodda sink aşağıdakı tənliyə uyğun olaraq məhlula daxil olur:

Zn => Zn 2+ + 2е -

Kükürd turşusunun hidrogen ionları mis anodda boşaldılır. Sink katodundan teldən keçən elektronları birləşdirir və nəticədə hidrogen qabarcıqları əmələ gəlir:

2Н + + 2е - => Н 2

Qısa müddətdən sonra mis hidrogen baloncuklarının nazik bir təbəqəsi ilə örtüləcəkdir. Bu vəziyyətdə, mis elektrod hidrogenə çevriləcək və potensial fərq azalacaq. Bu proses adlanır polarizasiya elektrod. Mis elektrodun qütbləşməsi, gərginliyin azalmasından sonra hüceyrəyə bir az kalium dikromat məhlulu əlavə etməklə aradan qaldırıla bilər. Bundan sonra gərginlik yenidən artacaq, çünki kalium dikromat hidrogeni suya oksidləşdirəcək. Bu vəziyyətdə kalium bikromat kimi fəaliyyət göstərir depolarizer

Təcrübədə elektrodları qütbləşməmiş qalvanik sxemlərdən və ya polarizasiyası depolarizatorların əlavə edilməsi ilə aradan qaldırıla bilən dövrələrdən istifadə olunur.

Qütbləşməyən elementə misal olaraq keçmişdə tez-tez cari mənbə kimi istifadə edilən Daniel elementini nəzərdən keçirək. Bu da mis-sink elementidir, lakin hər iki metal müxtəlif məhlullara batırılır. Sink elektrodu seyreltilmiş (təxminən 20%) sulfat turşusu ilə doldurulmuş məsaməli gil hüceyrəyə yerləşdirilir. Gil hüceyrəsi mis sulfatın konsentratlı məhlulu olan böyük bir şüşədə dayandırılır və dibində mis sulfat kristallarının bir təbəqəsi var. Bu qabdakı ikinci elektrod mis təbəqədən hazırlanmış silindrdir.

Bu element bir şüşə qabdan, ticari olaraq mövcud olan bir gil hüceyrədən (ekstremal hallarda, altındakı çuxuru bağlayan bir çiçək qabından istifadə edirik) və uyğun ölçülü iki elektroddan hazırlana bilər.

Hüceyrənin işləməsi zamanı sink sink sulfat əmələ gətirmək üçün həll olunur və mis elektrodda metal mis buraxılır. Amma eyni zamanda, mis elektrod polarizasiya olunmur və element təxminən 1 V gərginlik yaradır. Əslində, nəzəri olaraq, terminallardakı gərginlik 1,10 V-dir, lakin cərəyan toplayan zaman biz elektrik enerjisi səbəbindən bir az aşağı dəyər ölçürük. hüceyrə müqaviməti.

Əgər cərəyanı elementdən çıxarmasaq, sink elektrodunu sulfat turşusu məhlulundan çıxarmalıyıq, çünki əks halda hidrogen əmələ gətirmək üçün əriyəcək.

Məsaməli bir bölmə tələb etməyən sadə bir hüceyrənin diaqramı şəkildə göstərilmişdir. Sink elektrod şüşə qabın yuxarı hissəsində, mis elektrod isə dibinə yaxındır. Bütün hüceyrə masa duzunun doymuş bir həlli ilə doldurulur. Kavanozun altına bir ovuc mis sulfat kristalları qoyun. Nəticədə konsentrasiya edilmiş mis sulfat məhlulu masa duzu məhlulu ilə çox yavaş qarışacaq. Buna görə də hüceyrə işləyərkən mis elektrodda mis buraxılacaq və sink hüceyrənin yuxarı hissəsində sulfat və ya xlorid şəklində həll olunacaq.

İndi onlar demək olar ki, yalnız batareyalar üçün istifadə olunur. quru elementlər istifadə etmək daha rahatdır. Onların əcdadı Leclanche elementidir. Elektrodlar sink silindr və karbon çubuğudur. Elektrolit əsasən ammonium xloriddən ibarət bir pastadır. Sink pastada həll olur, hidrogen isə kömürə buraxılır. Qütbləşmənin qarşısını almaq üçün karbon çubuğu kömür tozu və piroluzit qarışığı olan kətan torbaya batırılır. Karbon tozu elektrodun səthini artırır və piroluzit hidrogeni yavaş-yavaş oksidləşdirərək depolarizator kimi çıxış edir. Doğrudur, pirolizitin depolarizasiya qabiliyyəti əvvəllər qeyd olunan kalium bikromatdan daha zəifdir. Buna görə, quru elementlərdə cərəyan qəbul edildikdə, gərginlik tez düşür, qütbləşmə səbəbindən "şinlənir". Yalnız bir müddət sonra hidrogenin piroluzitlə oksidləşməsi baş verir. Beləliklə, bir müddət cərəyan keçməzsə, elementlər "istirahət edir". Bunu bir ampul bağladığımız fənər batareyasında yoxlayaq. Lampaya paralel bir voltmetri, yəni birbaşa terminallara bağlayırıq. Əvvəlcə gərginlik təxminən 4,5 V olacaq (Ən çox belə akkumulyatorlarda hər birinin nəzəri gərginliyi 1,48 V olan üç hüceyrə ardıcıl olaraq bağlanır.) Bir müddət sonra gərginlik azalacaq və lampanın parıltısı azalacaq. zəiflətmək. Voltmetr oxunuşlarına əsasən, batareyanın nə qədər istirahət etməsi lazım olduğunu mühakimə edə bilərik.

Batareyalar kimi tanınan regenerasiya elementləri xüsusi yer tutur. Onlar geri dönən reaksiyalara məruz qalırlar və xarici DC mənbəyinə qoşularaq hüceyrə boşaldıqdan sonra yenidən doldurula bilər.

Hal-hazırda, qurğuşun-turşu batareyaları ən çox yayılmışdır; Onların içindəki elektrolit, iki qurğuşun lövhənin batırıldığı seyreltilmiş sulfat turşusudur. Müsbət elektrod qurğuşun peroksid PbO 2 ilə örtülmüşdür (müasir adı qurğuşun dioksiddir), mənfi elektrod metal qurğuşundur. Terminallardakı gərginlik təxminən 2,1 V-dir. Boşaltma zamanı hər iki plitədə qurğuşun sulfat əmələ gəlir ki, bu da şarj edərkən yenidən metal qurğuşun və qurğuşun peroksidə çevrilir.