¿Se quema el aluminio en un fuego abierto? ¿Cómo conseguir un color de llama uniforme? Combustión de aleaciones de aluminio y magnesio en el aire.

No es difícil adivinar que el tono de una llama está determinado por las sustancias químicas que arden en ella, si la exposición a altas temperaturas libera átomos individuales de las sustancias combustibles, coloreando el fuego. Para determinar el efecto de las sustancias sobre el color del fuego se llevaron a cabo varios experimentos, de los que hablaremos a continuación.

Desde la antigüedad, alquimistas y científicos han intentado descubrir qué sustancias arden, en función del color que adquiere la llama.

Las llamas de los calentadores de agua y estufas a gas, disponibles en todas las casas y apartamentos, tienen un tinte azul. Cuando se quema, este tono se produce por el carbono, el monóxido de carbono. El color amarillo anaranjado de la llama de un fuego que se enciende en el bosque, o de las cerillas domésticas, se debe al alto contenido de sales de sodio en la madera natural. En gran parte gracias a esto - rojo. La llama de una estufa de gas adquirirá el mismo color si la espolvoreas con sal de mesa común. Cuando el cobre arde, la llama será verde. Creo que habrás notado que cuando usas un anillo o una cadena de cobre común y corriente que no está recubierto con un compuesto protector durante mucho tiempo, la piel se vuelve verde. Lo mismo ocurre durante el proceso de combustión. Si el contenido de cobre es alto, se produce una luz verde muy brillante, casi idéntica a la blanca. Esto se puede ver si rocías virutas de cobre sobre un quemador de gas.

Se han llevado a cabo muchos experimentos utilizando un quemador de gas común y diversos minerales. De esta forma se determinó su composición. Debes tomar el mineral con unas pinzas y colocarlo en la llama. El color que adquiere el fuego puede indicar las diversas impurezas presentes en el elemento. Una llama verde y sus matices indican la presencia de cobre, bario, molibdeno, antimonio y fósforo. El boro produce un color azul verdoso. El selenio le da a la llama un tinte azul. La llama se tiñe de rojo en presencia de estroncio, litio y calcio, y de violeta, potasio. El color amarillo anaranjado se produce cuando el sodio se quema.

Los estudios de minerales para determinar su composición se realizan mediante un mechero Bunsen. El color de su llama es uniforme e incoloro, no interfiere con el curso del experimento. Bunsen inventó el mechero a mediados del siglo XIX.

Se le ocurrió un método que permite determinar la composición de una sustancia por el tono de la llama. Los científicos habían intentado realizar experimentos similares antes que él, pero no tenían un mechero Bunsen, cuya llama incolora no interfirió con el progreso del experimento. Colocó varios elementos sobre un alambre de platino en el fuego del quemador, ya que cuando se agrega este metal la llama no se colorea. A primera vista, el método parece bueno; se puede prescindir del laborioso análisis químico. Solo necesitas llevar el elemento al fuego y ver en qué consiste. Pero las sustancias en su forma pura se encuentran muy raramente en la naturaleza. Suelen contener grandes cantidades de diversas impurezas que cambian el color de la llama.

Bunsen intentó resaltar colores y matices utilizando varios métodos. Por ejemplo, utilizando vidrio coloreado. Digamos que si miras a través de un cristal azul, no verás el color amarillo que adquiere el fuego al quemar las sales de sodio más comunes. Entonces se distingue el tono lila o carmesí del elemento deseado. Pero incluso estos trucos permitieron determinar correctamente la composición de un mineral complejo en casos muy raros. Esta tecnología no podría lograr más.

Hoy en día, este tipo de soplete se utiliza únicamente para soldar.

Las llamas vienen en diferentes colores. Mira hacia la chimenea. Llamas amarillas, naranjas, rojas, blancas y azules bailan sobre los troncos. Su color depende de la temperatura de combustión y del material combustible. Para visualizar esto, imagina la espiral de una estufa eléctrica. Si el azulejo está apagado, las vueltas en espiral son frías y negras. Digamos que decides calentar la sopa y encender la estufa. Al principio la espiral se vuelve de color rojo oscuro. Cuanto más aumenta la temperatura, más brillante es el color rojo de la espiral. Cuando la baldosa alcanza su temperatura máxima, la bobina se vuelve de color rojo anaranjado.

Naturalmente, la espiral no arde. No ves la llama. Ella es realmente sexy. Si lo calientas más, el color cambiará. Primero, el color de la espiral se volverá amarillo, luego blanco, y cuando se caliente aún más, emanará un brillo azul.

Algo parecido ocurre con el fuego. Tomemos como ejemplo una vela. Diferentes áreas de la llama de una vela tienen diferentes temperaturas. El fuego necesita oxígeno. Si cubres una vela con un tarro de cristal, el fuego se apagará. La zona central de la llama de la vela adyacente a la mecha consume poco oxígeno y parece oscura. Las zonas superior y lateral de la llama reciben más oxígeno, por lo que estas zonas son más brillantes. A medida que la llama avanza a través de la mecha, la cera se derrite y crepita, rompiéndose en pequeñas partículas de carbón. (El carbón también se compone de carbono). Estas partículas son transportadas hacia arriba por la llama y arden. Son muy calientes y brillan como la espiral de tu azulejo. Pero las partículas de carbón están mucho más calientes que la bobina de la teja más caliente (la temperatura de combustión del carbón es de aproximadamente 1.400 grados Celsius). Por tanto, su brillo es amarillo. Cerca de la mecha encendida, la llama es aún más caliente y brilla de color azul.

Las llamas de una chimenea o del fuego tienen en su mayoría un aspecto abigarrado. La madera arde a una temperatura más baja que la mecha de una vela, por lo que el color base del fuego es naranja en lugar de amarillo. Algunas partículas de carbono en la llama del fuego tienen una temperatura bastante alta. Son pocos, pero añaden un tinte amarillento a la llama. Las partículas enfriadas de carbón caliente son hollín que se deposita en las chimeneas. La temperatura de combustión de la madera es menor que la temperatura de combustión de una vela. El calcio, el sodio y el cobre, cuando se calientan a altas temperaturas, brillan en diferentes colores. Se añaden al polvo de rúcula para colorear las luces de los fuegos artificiales navideños.

Color de llama y composición química.

El color de la llama puede variar dependiendo de las impurezas químicas contenidas en los leños u otra sustancia inflamable. La llama puede contener, por ejemplo, impurezas de sodio.

Incluso en la antigüedad, los científicos y alquimistas intentaron comprender qué tipo de sustancias se quemaban en el fuego, dependiendo del color del fuego.

• El sodio es un componente de la sal de mesa. Cuando se calienta el sodio, se vuelve amarillo brillante.
• Puede liberarse calcio al fuego. Todos sabemos que la leche contiene mucho calcio. Es metálico. El calcio caliente se vuelve rojo brillante.
• Si el fósforo se quema en un incendio, la llama se vuelve verdosa. Todos estos elementos están contenidos en la madera o entran al fuego junto con otras sustancias.
• Casi todo el mundo en casa tiene estufas de gas o calentadores de agua cuyas llamas son de color azul. Esto se debe al carbono combustible, el monóxido de carbono, que le da este tono.

Mezclar los colores de una llama, como mezclar los colores de un arco iris, puede producir blanco, razón por la cual las áreas blancas son visibles en las llamas de un fuego o chimenea.

Temperatura de la llama al quemar determinadas sustancias:

¿Cómo conseguir un color de llama uniforme?

Para estudiar minerales y determinar su composición, se utiliza. mechero bunsen, dando un color de llama uniforme e incoloro que no interfiere con el curso del experimento, inventado por Bunsen a mediados del siglo XIX.

Bunsen era un ferviente admirador del elemento fuego y, a menudo, jugueteaba con las llamas. Su hobby era el soplado de vidrio. Al soplar varios diseños y mecanismos astutos en vidrio, Bunsen no pudo notar el dolor. Hubo momentos en que sus dedos callosos comenzaron a humear por el cristal caliente y aún blando, pero no le prestó atención. Si el dolor ya había superado el umbral de la sensibilidad, se salvó con su propio método: presionó con fuerza el lóbulo de la oreja con los dedos, interrumpiendo un dolor con otro.

Fue él quien fundó el método para determinar la composición de una sustancia por el color de la llama. Por supuesto, antes que él, los científicos intentaron llevar a cabo tales experimentos, pero no tenían un mechero Bunsen con una llama incolora que no interfiriera con el experimento. Introdujo varios elementos sobre alambre de platino en la llama del quemador, ya que el platino no afecta el color de la llama ni la colorea.

Parecería que el método es bueno, no es necesario realizar análisis químicos complejos, acercamos el elemento a la llama y su composición es inmediatamente visible. Pero no estaba ahí. Muy raramente las sustancias se encuentran en la naturaleza en forma pura; por lo general contienen una amplia gama de diversas impurezas que cambian de color.

Bunsen probó varios métodos para aislar colores y sus matices. Por ejemplo, intenté mirar a través de cristales de colores. Digamos que el vidrio azul extingue el color amarillo producido por las sales de sodio más comunes, y se podría distinguir un tinte carmesí o violeta del elemento nativo. Pero incluso con la ayuda de estos trucos, fue posible determinar la composición de un mineral complejo solo una vez entre cien.

¡Esto es interesante! Debido a la propiedad de los átomos y moléculas de emitir luz de un determinado color, se desarrolló un método para determinar la composición de sustancias, que se llama análisis espectral. Los científicos estudian el espectro que emite una sustancia, por ejemplo, cuando se quema, lo comparan con los espectros de elementos conocidos y así determinan su composición.

Quema de aluminio

Aluminio ardiendo en el aire.

A diferencia del magnesio, las partículas individuales de aluminio no se encienden cuando se calientan en aire o vapor de agua a 2100 K. Se utilizaron partículas de magnesio ardientes para encender el aluminio. Estos últimos se colocaron sobre la superficie del elemento calefactor y las partículas de aluminio se colocaron en la punta de la aguja a una distancia de 10 a 4 m por encima de las primeras.

Cuando se encienden partículas de aluminio, la ignición se produce en la fase de vapor y la intensidad de la zona de brillo que aparece alrededor de la partícula aumenta lentamente. La combustión estacionaria se caracteriza por la existencia de una zona incandescente, que no cambia de tamaño hasta que el metal se quema casi por completo. La relación entre el tamaño de la zona luminosa y la partícula es 1,6-1,9. En la zona luminosa se forman pequeñas gotas de óxido que se fusionan al chocar.

El residuo después de la combustión de la partícula es una cáscara hueca que no contiene metal en su interior. La dependencia del tiempo de combustión de una partícula de su tamaño se expresa mediante la fórmula (combustión simétrica).

Combustión de aluminio en vapor de agua.

La ignición del aluminio en vapor de agua se produce de forma heterogénea. El hidrógeno liberado durante la reacción contribuye a la destrucción de la película de óxido; en este caso, se pulveriza óxido (o hidróxido) de aluminio líquido en forma de gotas con un diámetro de hasta 10-15 micrones. Esta destrucción de la capa de óxido se repite periódicamente. Esto sugiere que una fracción significativa del metal se quema en la superficie de la partícula.

Al inicio de la combustión, la relación rsv /r 0 es igual a 1,6-1,7. Durante el proceso de combustión, el tamaño de las partículas disminuye y la relación gs/o aumenta a 2,0-3,0. La velocidad de combustión de una partícula de aluminio en vapor de agua es casi cinco veces mayor que en el aire.

Combustión de aleaciones de aluminio y magnesio.

Combustión de aleaciones de aluminio y magnesio en el aire.

La ignición de partículas de aleaciones de aluminio y magnesio de composición variable en el aire, mezclas de oxígeno y argón, vapor de agua y dióxido de carbono se produce, por regla general, de manera similar a la ignición de partículas de magnesio. El inicio de la ignición está precedido por reacciones oxidativas que ocurren en la superficie.

La combustión de aleaciones de aluminio y magnesio difiere significativamente de la combustión de aluminio y magnesio y depende en gran medida de la proporción de componentes de la aleación y de los parámetros del entorno oxidante. La característica más importante de la combustión de partículas de aleación es el proceso de dos etapas (Fig. 2.6). En la primera etapa, la partícula está rodeada por un conjunto de antorchas, formando una zona no uniforme de luminiscencia de los productos de reacción. Comparando la naturaleza y el tamaño de la zona luminosa que rodea la partícula de aleación durante la primera etapa de combustión con la naturaleza y el tamaño de la zona luminosa alrededor de la partícula de magnesio en llamas (ver Fig. 2.4), podemos concluir que en esta etapa, principalmente magnesio se quema de la partícula.

Arroz. 2.6. Combustión de una partícula de aleación de 30% Al + 70% Mg a presión atmosférica normal en una mezcla que contiene 15% de O en volumen. 2y 85% Ar:

1, 2 – agotamiento del magnesio; 3-6 – quemado de aluminio

Una característica de la primera etapa de la combustión de la aleación es la constancia del tamaño de las partículas y la zona de llama. Esto significa que la gota líquida de la aleación está contenida dentro de una capa de óxido sólido. La película de óxido está dominada por óxido de magnesio. A través de los defectos de la película, el magnesio fluye y arde en una llama de difusión en fase de vapor.

Al final de la primera etapa, aumenta la aparición de reacciones heterogéneas, como lo demuestra la aparición de focos de luminiscencia brillante en la superficie de la partícula. El calor liberado durante reacciones heterogéneas contribuye al calentamiento de la partícula hasta el punto de fusión del óxido y el inicio de la segunda etapa de combustión.

En la segunda etapa de combustión, la partícula está rodeada por una zona de brillo uniforme y más brillante, que disminuye a medida que el metal se quema. La homogeneidad y esfericidad de la zona de la llama indica que la película de óxido sobre la superficie de la partícula está fundida. La difusión del metal a través de la película está asegurada por la baja resistencia a la difusión del óxido líquido. El tamaño de la zona de la llama excede significativamente el tamaño de las partículas, lo que indica la combustión del metal en la fase de vapor. La comparación de la naturaleza de la segunda etapa de combustión con el patrón conocido de combustión del aluminio indica una gran similitud; es probable que el aluminio se queme en esta etapa del proceso. A medida que se apaga, el tamaño de la llama y, en consecuencia, la gota ardiente disminuye. La partícula quemada brilla durante mucho tiempo.

Cambiar el tamaño de la zona luminosa de una partícula que se quema de acuerdo con el mecanismo descrito es complejo (Fig. 2.7). Después del encendido el valor r Calle. /r 0 rápidamente (en -0,1 ms) alcanza el valor máximo (sección ab). Además, durante el tiempo principal de la primera etapa de combustión, la relación r Calle/ r 0 permanece constante (sección bv). Cuando termine el agotamiento del magnesio, r CV/ r 0 se reduce al mínimo (punto GRAMO), y luego, con el inicio de la combustión del aluminio, aumenta (sección dios). Finalmente, pero como el aluminio se quema. r Calle. /r 0 disminuye monótonamente (sección Delaware) hasta un valor final correspondiente al tamaño del óxido formado.

Arroz. 2.7.:

1 – aleación 30% Al + 70% Mg, aire; 2 – aleación 30% A1 + 70% Mg, mezcla 15% O2 + 85% Ar; 3 – aleación 50% A1 + 50% Mg, aire

El mecanismo y los parámetros del proceso de combustión de aleaciones de aluminio y magnesio dependen significativamente de la composición de la aleación. Con una disminución del contenido de magnesio en la aleación, el tamaño de la zona incandescente durante la primera etapa de combustión y la duración de esta etapa disminuyen. Cuando el contenido de magnesio en la aleación es inferior al 30%, el proceso sigue siendo un proceso de dos etapas, pero se vuelve intermitente. Al final de la primera etapa, la zona de incandescencia se reduce al tamaño de la propia partícula, el proceso de combustión se detiene y el aluminio se quema sólo después de que la partícula se vuelve a encender. Las partículas que no vuelven a encenderse son cáscaras de óxido huecas y porosas que contienen en su interior gotitas de aluminio sin quemar.

La dependencia del tiempo de combustión de las partículas de su diámetro inicial se expresa mediante las siguientes fórmulas empíricas:

Combustión de aleaciones de aluminio-magnesio en mezclas de oxígeno con argón, en vapor de agua y en dióxido de carbono.

La naturaleza de la combustión de partículas de aleaciones de aluminio y magnesio en mezclas de oxígeno y argón es la misma que en el aire. Con una disminución en el contenido de oxígeno, el tamaño de la zona de brillo durante la quema de magnesio disminuye notablemente. La dependencia del tiempo de combustión de las partículas de la aleación 50% Al + 50% Mg del tamaño de las partículas y el contenido de oxígeno en la mezcla en porcentaje en volumen se expresa mediante la fórmula

La combustión de aleaciones en vapor de agua es significativamente diferente (figura 2.8). La película de óxido formada durante la primera etapa es destruida por el hidrógeno y la partícula adquiere la apariencia de coral. El aluminio que queda en el coral se enciende sólo entre 1 y 10 ms después del final de la primera etapa. Esta intermitencia del proceso es típica de aleaciones de cualquier composición.

Arroz. 2.8. Combustión de partículas de aleación de aluminio y magnesio (50:50) esféricas.(A) y mal(b) Se forma en vapor de agua a presión atmosférica normal:

1 – partícula inicial; 2 – partícula antes de la ignición; 3 – agotamiento del magnesio; 4 – quemado de aluminio; 5 – coral formado después de la partícula

Cuando las aleaciones de aluminio y magnesio se queman en dióxido de carbono, solo el magnesio se quema de la partícula, después de lo cual se detiene el proceso de combustión.

Combustión de aleaciones de aluminio y magnesio en llama de alta temperatura.

Para estudiar el proceso de combustión de partículas metálicas a altas temperaturas, se quemó una tableta prensada de mezclas de perclorato de amonio y hexamina, habiéndose calculado temperaturas de combustión de 2500, 2700 y 3100 K, debajo de una partícula montada en la punta de una aguja.

La combustión de partículas de aleaciones de aluminio y magnesio en estas condiciones se produce, por regla general, con una explosión. La presencia de una explosión es típica de partículas de todas las composiciones. Como resultado de la explosión, se forma una importante zona de luminiscencia, lo que es un signo del predominio de la combustión en fase de vapor. Fotografías de una partícula en llamas al comienzo de la combustión (Fig. 2.9, A) muestran que se producen reacciones heterogéneas en toda la superficie de la capa de óxido. Debido al calor de reacciones heterogéneas, se produce una rápida evaporación del metal (Fig. 2.9, b), promoviendo la ruptura de la capa de óxido y la salpicadura de la gota no evaporada (Fig. 2.9, V).

Arroz. 2.9. Combustión de partículas de aleación de 95% Al. con 5% Mg en llama oxidante (temperatura 2700 K):

A– etapa inicial de combustión; b– combustión estacionaria; V- división

Según B. G. Lrabey, S. E. Salibekov y Yu. V. Leninsky, la trituración de partículas de aleaciones de aluminio y magnesio se debe a una diferencia muy grande en los puntos de ebullición del magnesio y del aluminio, como resultado de lo cual la ebullición del magnesio cuando la partícula está en una zona de alta temperatura es explosivo y provoca la trituración del aluminio restante. Una temperatura de 2500 K ya es suficiente para que se produzca una combustión explosiva, lo cual es bastante natural, ya que esta temperatura supera el punto de ebullición de ambos componentes.

• Arabey B. G., Salibekov S. E., Levinsky Yu. V. Algunas características de la ignición y combustión del polvo metálico // Pulvimetalurgia. 1964. No. 3. P. 109-118.

Para formular las leyes de los procesos en curso, podemos limitarnos a considerar cationes y excluir aniones, ya que ellos mismos no participan en la reacción. (Sin embargo, la velocidad de deposición se ve afectada por el tipo de aniones). Si, por simplicidad, asumimos que tanto los metales liberados como los disueltos son divalentes, entonces podemos escribir:

Yo 1 + Yo 2 2+ => Yo 1 2+ + Yo 2

Además, para el primer experimento Me 1 = Fe, Me 2 = Cu. Entonces, el proceso consiste en el intercambio de cargas (electrones) entre átomos e iones de ambos metales. Si consideramos por separado (como reacciones intermedias) la disolución del hierro o la precipitación del cobre, obtenemos:

Fe => Fe 2+ + 2е -
Сu 2+ + 2е - => Сu

Consideremos ahora el caso en el que se sumerge un metal en agua o en una solución salina, con un catión cuyo intercambio es imposible debido a su posición en la serie de tensiones. A pesar de esto, el metal tiende a disolverse en forma de ion. En este caso, el átomo de metal cede dos electrones (si el metal es divalente), la superficie del metal sumergido en la solución queda cargada negativamente con respecto a la solución y se forma una doble capa eléctrica en la interfaz. Esta diferencia de potencial evita una mayor disolución del metal, por lo que el proceso se detiene pronto. Si se sumergen dos metales diferentes en una solución, ambos se cargarán, pero el menos activo será algo más débil, debido a que sus átomos son menos propensos a perder electrones. Conectemos ambos metales con un conductor. Debido a la diferencia de potencial, un flujo de electrones fluirá desde el metal más activo hacia el menos activo, lo que forma el polo positivo del elemento. Se produce un proceso en el que el metal más activo se disuelve y los cationes de la solución se liberan en el metal más noble.

La esencia de una celda galvánica.

Ilustremos ahora con varios experimentos el razonamiento un tanto abstracto expuesto anteriormente (que, además, representa una burda simplificación).

Primero, llene un vaso de precipitados de 250 ml hasta la mitad con una solución de ácido sulfúrico al 10% y sumerja en él trozos no demasiado pequeños de zinc y cobre. Soldamos o remachamos alambre de cobre a ambos electrodos, cuyos extremos no deben tocar la solución.

Mientras los extremos del cable no estén conectados entre sí, observaremos la disolución del zinc, que va acompañada de la liberación de hidrógeno. El zinc, como se desprende de la serie de voltajes, es más activo que el hidrógeno, por lo que el metal puede desplazar al hidrógeno del estado iónico. Sobre ambos metales se forma una doble capa eléctrica. La forma más sencilla de detectar la diferencia de potencial entre los electrodos es con un voltímetro. Inmediatamente después de conectar el dispositivo al circuito, la flecha indicará aproximadamente 1 V, pero luego el voltaje caerá rápidamente. Si conecta al elemento una pequeña bombilla que consume 1 V, se iluminará, al principio con bastante fuerza y ​​luego se debilitará.

Según la polaridad de los terminales del dispositivo, podemos concluir que el electrodo de cobre es el polo positivo. Esto se puede comprobar sin ningún dispositivo teniendo en cuenta la electroquímica del proceso. Preparemos una solución saturada de sal de mesa en un vaso pequeño o en un tubo de ensayo, agreguemos aproximadamente 0,5 ml de una solución alcohólica del indicador de fenolftaleína y sumerjamos en la solución ambos electrodos cerrados con alambre. Se observará un color rojizo tenue cerca del polo negativo, causado por la formación de hidróxido de sodio en el cátodo.

En otros experimentos, se pueden colocar varios pares de metales en una celda y determinar el voltaje resultante. Por ejemplo, el magnesio y la plata darán una diferencia de potencial particularmente grande debido a la importante distancia entre ellos y una serie de voltajes, mientras que el zinc y el hierro, por el contrario, darán una muy pequeña, menos de una décima de voltio. Al utilizar aluminio no recibiremos prácticamente corriente debido a la pasivación.

Todos estos elementos o, como dicen los electroquímicos, los circuitos, tienen la desventaja de que al medir la corriente, el voltaje a través de ellos cae muy rápidamente. Por lo tanto, los electroquímicos siempre miden el valor real del voltaje en un estado desenergizado utilizando el método compensación de voltaje, es decir, comparándolo con el voltaje de otra fuente de corriente.

Consideremos los procesos en el elemento cobre-zinc con un poco más de detalle. En el cátodo, el zinc se disuelve según la siguiente ecuación:

Zn => Zn 2+ + 2е -

Los iones de hidrógeno del ácido sulfúrico se descargan en el ánodo de cobre. Adjuntan electrones que pasan a través del cable desde el cátodo de zinc y, como resultado, se forman burbujas de hidrógeno:

2Н + + 2е - => Н 2

Después de un corto período de tiempo, el cobre quedará cubierto con una fina capa de burbujas de hidrógeno. En este caso, el electrodo de cobre se convertirá en uno de hidrógeno y la diferencia de potencial disminuirá. Este proceso se llama polarización electrodo. La polarización del electrodo de cobre se puede eliminar añadiendo un poco de solución de dicromato de potasio a la celda después de la caída de voltaje. Después de esto, el voltaje aumentará nuevamente, ya que el dicromato de potasio oxidará el hidrógeno a agua. El dicromato de potasio actúa en este caso como despolarizador

En la práctica se utilizan circuitos galvánicos cuyos electrodos no están polarizados, o circuitos cuya polarización se puede eliminar añadiendo despolarizadores.

Como ejemplo de elemento no polarizable, consideremos el elemento de Daniel, que se utilizó a menudo en el pasado como fuente actual. Este también es un elemento de cobre y zinc, pero ambos metales están sumergidos en diferentes soluciones. El electrodo de zinc se coloca en una celda de arcilla porosa llena de ácido sulfúrico diluido (aproximadamente 20%). La celda de arcilla está suspendida en un vaso grande que contiene una solución concentrada de sulfato de cobre y en el fondo hay una capa de cristales de sulfato de cobre. El segundo electrodo de este recipiente es un cilindro hecho de lámina de cobre.

Este elemento se puede fabricar a partir de un frasco de vidrio, una celda de arcilla disponible en el mercado (en casos extremos, utilizamos una maceta, cerrando el agujero en el fondo) y dos electrodos de tamaño adecuado.

Durante el funcionamiento de la celda, el zinc se disuelve para formar sulfato de zinc y se libera cobre metálico en el electrodo de cobre. Pero al mismo tiempo, el electrodo de cobre no está polarizado y el elemento produce un voltaje de aproximadamente 1 V. En realidad, teóricamente, el voltaje en los terminales es de 1,10 V, pero al recolectar corriente medimos un valor ligeramente menor debido a la tensión eléctrica. resistencia de la célula.

Si no eliminamos la corriente del elemento, debemos retirar el electrodo de zinc de la solución de ácido sulfúrico, porque de lo contrario se disolverá formando hidrógeno.

En la figura se muestra un diagrama de una celda simple que no requiere una partición porosa. El electrodo de zinc está ubicado en la parte superior del frasco de vidrio y el electrodo de cobre está ubicado cerca del fondo. Toda la celda se llena con una solución saturada de sal de mesa. Coloque un puñado de cristales de sulfato de cobre en el fondo del frasco. La solución concentrada de sulfato de cobre resultante se mezclará con la solución de sal de mesa muy lentamente. Por lo tanto, cuando la celda esté en funcionamiento, se liberará cobre en el electrodo de cobre y el zinc se disolverá en forma de sulfato o cloruro en la parte superior de la celda.

Hoy en día se utilizan casi exclusivamente para baterías. elementos secos, que son más cómodos de usar. Su ancestro es el elemento Leclanche. Los electrodos son un cilindro de zinc y una varilla de carbono. El electrolito es una pasta que se compone principalmente de cloruro de amonio. El zinc se disuelve en la pasta y se libera hidrógeno sobre el carbón. Para evitar la polarización, la varilla de carbón se sumerge en una bolsa de lino que contiene una mezcla de carbón en polvo y pirolusita. El polvo de carbón aumenta la superficie del electrodo y la pirolusita actúa como despolarizador, oxidando lentamente el hidrógeno. Es cierto que la capacidad despolarizante de la pirolusita es más débil que la del bicromato de potasio mencionado anteriormente. Por lo tanto, cuando se recibe corriente en elementos secos, el voltaje cae rápidamente, se "cansan" debido a la polarización. Sólo después de un tiempo se produce la oxidación del hidrógeno con pirolusita. Por tanto, los elementos “descansan” si no pasa corriente durante algún tiempo. Comprobemos esto en la batería de una linterna a la que conectamos una bombilla. Conectamos un voltímetro paralelo a la lámpara, es decir, directamente a los terminales. Al principio, el voltaje será de aproximadamente 4,5 V. (La mayoría de las veces, estas baterías tienen tres celdas conectadas en serie, cada una con un voltaje teórico de 1,48 V). Después de un tiempo, el voltaje bajará y el brillo de la bombilla se apagará. debilitar. Según las lecturas del voltímetro, podemos juzgar cuánto tiempo necesita descansar la batería.

Un lugar especial lo ocupan los elementos regeneradores conocidos como baterías. Sufren reacciones reversibles y pueden recargarse después de que la celda se haya descargado conectándola a una fuente de CC externa.

Actualmente, las baterías de plomo-ácido son las más comunes; El electrolito que contienen es ácido sulfúrico diluido, en el que se sumergen dos placas de plomo. El electrodo positivo está recubierto con peróxido de plomo PbO 2 (el nombre moderno es dióxido de plomo), el electrodo negativo es plomo metálico. El voltaje en los terminales es de aproximadamente 2,1 V. Durante la descarga, se forma sulfato de plomo en ambas placas, que nuevamente durante la carga se convierte en plomo metálico y peróxido de plomo.