Kas alumiinium põleb lahtisel tulel? Kuidas saada ühtlast leegivärvi? Alumiiniumi-magneesiumi sulamite põletamine õhus

Pole raske arvata, et leegi tooni määravad selles põlevad kemikaalid, kui kõrge temperatuuriga kokkupuutel eralduvad üksikud põlevate ainete aatomid, mis värvivad tuld. Ainete mõju määramiseks tule värvile viidi läbi mitmesuguseid katseid, mida käsitleme allpool.

Alates iidsetest aegadest on alkeemikud ja teadlased püüdnud välja selgitada, millised ained põlevad, olenevalt leegi värvist.

Kõikides majades ja korterites saadaval olevate gaasiboilerite ja -pliitide leegid on sinise varjundiga. Põlemisel tekib see toon süsiniku, süsinikmonooksiidi abil. Metsas süüdatava lõkke leegi või majapidamistikkude kollakasoranž värvus tuleneb suurest naatriumisoolade sisaldusest looduslikus puidus. Suuresti tänu sellele – punane. Gaasipliidi põleti leek omandab sama värvi, kui puistate seda tavalise lauasoolaga. Kui vask põleb, on leek roheline. Arvan, et olete märganud, et kui kannate tavalisest vasest valmistatud sõrmust või ketti, mis pole pikka aega kaitsva ühendiga kaetud, muutub nahk roheliseks. Sama asi juhtub põlemisprotsessi ajal. Kui vasesisaldus on kõrge, tekib väga heleroheline tuli, mis on peaaegu identne valgega. Seda on näha, kui puistate gaasipõletile vaselaaste.

Tavalise gaasipõleti ja erinevate mineraalide abil on tehtud palju katseid. Sel viisil määrati nende koostis. Mineraali tuleb võtta pintsettidega ja asetada see leeki. Tule värvus võib viidata elemendis sisalduvatele erinevatele lisanditele. Roheline leek ja selle varjundid näitavad vase, baariumi, molübdeeni, antimoni ja fosfori olemasolu. Boor annab sinakasrohelise värvuse. Seleen annab leegile sinise varjundi. Leek värvub strontsiumi, liitiumi ja kaltsiumi juuresolekul punaseks ning kaaliumiga violetseks. Naatriumi põlemisel tekib kollakasoranž värvus.

Mineraalide uuringud nende koostise määramiseks viiakse läbi Bunseni põleti abil. Selle leegi värvus on ühtlane ja värvitu, see ei sega katse kulgu. Bunsen leiutas põleti 19. sajandi keskel.

Ta mõtles välja meetodi, mis võimaldab leegi varju järgi määrata aine koostist. Teadlased olid proovinud sarnaseid katseid läbi viia ka enne teda, kuid neil polnud Bunseni põletit, mille värvitu leek katse kulgu ei seganud. Ta asetas plaatinatraadil erinevaid elemente põleti tulle, kuna selle metalli lisamisel ei muutu leek värviliseks. Esmapilgul tundub meetod hea, töömahukast keemilisest analüüsist võib loobuda. Peate lihtsalt elemendi tulle tooma ja vaatama, millest see koosneb. Kuid aineid puhtal kujul võib looduses leida äärmiselt harva. Tavaliselt sisaldavad need suures koguses erinevaid lisandeid, mis muudavad leegi värvi.

Bunsen püüdis värve ja toone erinevate meetoditega esile tuua. Näiteks värvilise klaasi kasutamine. Oletame, et kui vaatate läbi sinise klaasi, ei näe te kollast värvi, mis muutub kõige tavalisemate naatriumsoolade põletamisel. Seejärel eristub soovitud elemendi lilla või karmiinpunane toon. Kuid isegi sellised nipid viisid väga harvadel juhtudel kompleksse mineraali koostise õige määramiseni. See tehnoloogia ei suutnud enamat saavutada.

Tänapäeval kasutatakse sellist põletit ainult jootmiseks.

Leegid on erinevat värvi. Vaata kaminasse. Palgidel tantsivad kollased, oranžid, punased, valged ja sinised leegid. Selle värvus sõltub põlemistemperatuurist ja põlevast materjalist. Selle visualiseerimiseks kujutage ette elektripliidi spiraali. Kui plaat on välja lülitatud, on spiraalpöörded külmad ja mustad. Oletame, et otsustate supi kuumaks ajada ja pliidi sisse lülitada. Alguses muutub spiraal tumepunaseks. Mida kõrgemale temperatuur tõuseb, seda heledam on spiraali punane värvus. Kui plaat saavutab maksimaalse temperatuuri, muutub mähis oranžikaspunaseks.

Spiraal loomulikult ei põle. Sa ei näe leeki. Ta on lihtsalt väga kuum. Kui soojendate seda veelgi, muutub värv. Esiteks muutub spiraali värvus kollaseks, seejärel valgeks ja kui see veelgi kuumeneb, eraldub sellest sinine sära.

Midagi sarnast juhtub tulega. Võtame näiteks küünla. Küünla leegi erinevatel aladel on erinev temperatuur. Tuli vajab hapnikku. Kui katad küünla klaaspurgiga, siis tuli kustub. Küünla leegi keskosa tahiga külgnev ala tarbib vähe hapnikku ja tundub tume. Leegi ülemine ja külgmised alad saavad rohkem hapnikku, seega on need alad heledamad. Kui leek liigub läbi taht, siis vaha sulab ja praguneb, lagunedes pisikesteks süsinikuosakesteks. (Süsi koosneb ka süsinikust.) Need osakesed kantakse leegiga üles ja põlevad. Need on väga kuumad ja helendavad nagu teie plaadi spiraal. Kuid süsinikuosakesed on palju kuumemad kui kuumima plaadi mähis (süsiniku põlemistemperatuur on ligikaudu 1400 kraadi Celsiuse järgi). Seetõttu on nende sära kollane. Põleva taht lähedal on leek veelgi kuumem ja helendab siniselt.

Kamina või lõkke leegid on enamasti kirjud. Puit põleb madalamal temperatuuril kui küünlataht, seega on lõkke põhivärv pigem oranž kui kollane. Mõned süsinikuosakesed tuleleegis on üsna kõrge temperatuuriga. Neid on vähe, kuid need lisavad leegile kollaka varjundi. Kuuma süsiniku jahutatud osakesed on tahm, mis ladestub korstnatele. Puidu põlemistemperatuur on madalam kui küünla põlemistemperatuur. Kaltsium, naatrium ja vask helendavad kõrgel temperatuuril kuumutamisel erinevates värvides. Neid lisatakse raketipulbrile, et värvida pühadeilutulestiku tuled.

Leegi värvus ja keemiline koostis

Leegi värvus võib varieeruda sõltuvalt keemilistest lisanditest, mis sisalduvad palkides või muus süttivas aines. Leek võib sisaldada näiteks naatriumi lisandeid.

Isegi iidsetel aegadel püüdsid teadlased ja alkeemikud aru saada, millised ained tules põlesid, olenevalt tule värvist.

• Naatrium on lauasoola komponent. Naatriumi kuumutamisel muutub see erekollaseks.
• Kaltsium võib tulle eralduda. Me kõik teame, et piim sisaldab palju kaltsiumi. See on metallist. Kuum kaltsium muutub helepunaseks.
• Kui fosfor põleb tules, muutub leek rohekaks. Kõik need elemendid sisalduvad puidus või sisenevad tulle koos muude ainetega.
• Peaaegu kõigil kodus on gaasipliidid või boilerid, mille leegid on siniseks värvitud. Selle põhjuseks on põlev süsinik, süsinikmonooksiid, mis annab selle varju.

Leegi värvide segamine, nagu vikerkaare värvide segamine, võib anda valge, mistõttu on tule või kamina leekides nähtavad valged alad.

Leegi temperatuur teatud ainete põletamisel:

Kuidas saada ühtlast leegivärvi?

Seda kasutatakse mineraalide uurimiseks ja nende koostise määramiseks Bunseni põleti, mis annab ühtlase värvitu leegivärvi, mis ei sega katse kulgu, leiutas Bunsen 19. sajandi keskel.

Bunsen oli tuline tuleelemendi fänn ja tegeles sageli leekidega. Tema hobiks oli klaasipuhumine. Erinevaid kavalaid kujundusi ja mehhanisme klaasist välja puhudes ei suutnud Bunsen valu märgata. Oli aegu, mil ta jämedad sõrmed hakkasid kuumast, veel pehmest klaasist suitsema, kuid ta ei pööranud sellele tähelepanu. Kui valu oli juba üle tundlikkuse läve läinud, siis päästis ta omal meetodil - surus sõrmedega kõvasti kõrvanibu, katkestades ühe valu teisega.

Just tema oli leegi värvi järgi aine koostise määramise meetodi alusepanija. Muidugi püüdsid teadlased enne teda selliseid katseid läbi viia, kuid neil polnud värvitu leegiga Bunseni põletit, mis katset ei seganud. Ta tõi põleti leegi sisse plaatinatraadil erinevaid elemente, kuna plaatina ei mõjuta leegi värvi ega värvi seda.

Tundub, et meetod on hea, pole vaja keerulist keemilist analüüsi, viige element leegile ja selle koostis on kohe näha. Aga seda seal polnud. Väga harva leidub looduses aineid puhtal kujul, need sisaldavad tavaliselt palju erinevaid lisandeid, mis muudavad värvi.

Bunsen proovis erinevaid meetodeid värvide ja nende varjundite eraldamiseks. Näiteks proovisin vaadata läbi värvilise klaasi. Oletame, et sinine klaas kustutab kollase värvuse, mida toodavad kõige tavalisemad naatriumsoolad, ja võib märgata natiivse elemendi karmiinpunast või lillat tooni. Kuid isegi nende nippide abil oli keerulise mineraali koostist võimalik määrata vaid kord sajast.

See on huvitav! Tulenevalt aatomite ja molekulide omadusest kiirata teatud värvi valgust, töötati välja meetod ainete koostise määramiseks, mida nn. spektraalanalüüs. Teadlased uurivad spektrit, mida aine näiteks põlemisel kiirgab, võrdlevad seda teadaolevate elementide spektritega ja määravad nii selle koostise.

Alumiiniumi põletamine

Alumiinium põleb õhus

Erinevalt magneesiumist ei sütti üksikud alumiiniumiosakesed, kui neid kuumutatakse õhus või veeaurus temperatuurini 2100 K. Alumiiniumi süütamiseks kasutati põlevaid magneesiumiosakesi. Viimased asetati küttekeha pinnale ja alumiiniumosakesed nõela otsa 10-4 m kaugusele esimesest.

Alumiiniumiosakeste süütamisel toimub süttimine aurufaasis ja osakese ümber tekkiva hõõguvööndi intensiivsus suureneb aeglaselt. Statsionaarset põlemist iseloomustab hõõgumistsooni olemasolu, mis ei muuda oma suurust enne, kui metall on peaaegu täielikult läbi põlenud. Hõõguvööndi ja osakese suuruste suhe on 1,6-1,9. Hõõguvööndis tekivad väikesed oksiidipiisad, mis kokkupõrkel ühinevad.

Pärast osakeste põlemist on jääk õõnes kest, mille sees ei ole metalli. Osakese põlemisaja sõltuvust selle suurusest väljendatakse valemiga (sümmeetriline põlemine).

Alumiiniumi põlemine veeaurus

Alumiiniumi süttimine veeaurus toimub heterogeenselt. Reaktsiooni käigus eralduv vesinik aitab kaasa oksiidkile hävimisele; sel juhul pihustatakse vedelat alumiiniumoksiidi (või -hüdroksiidi) kuni 10-15 mikroni läbimõõduga tilkade kujul. Sellist oksiidkesta hävitamist korratakse perioodiliselt. See viitab sellele, et märkimisväärne osa metallist põleb osakese pinnal.

Põlemise alguses on suhe rsv /r 0 võrdub 1,6-1,7. Põlemisprotsessi käigus osakeste suurus väheneb ja gs/?o suhe tõuseb 2,0-3,0-ni. Alumiiniumiosakese põlemiskiirus veeaurus on peaaegu 5 korda suurem kui õhus.

Alumiiniumi-magneesiumisulamite põletamine

Alumiiniumi-magneesiumi sulamite põletamine õhus

Erineva koostisega alumiinium-magneesiumisulamite osakeste süttimine õhus, hapniku-argooni segudes, veeaurus ja süsinikdioksiidis toimub reeglina sarnaselt magneesiumiosakeste süttimisega. Süttimise algusele eelnevad pinnal toimuvad oksüdatiivsed reaktsioonid.

Alumiiniumi-magneesiumi sulamite põlemine erineb oluliselt nii alumiiniumi kui magneesiumi põlemisest ning sõltub tugevalt sulamis komponentide vahekorrast ja oksüdeeriva keskkonna parameetritest. Sulamiosakeste põlemise kõige olulisem tunnus on kaheetapiline protsess (joon. 2.6). Esimeses etapis ümbritseb osakest põletite komplekt, mis moodustab reaktsioonisaaduste luminestsentsi ebaühtlase tsooni. Võrreldes sulamiosakest ümbritseva helendava tsooni olemust ja suurust põlemise esimeses etapis põleva magneesiumiosakese ümber oleva helendava tsooni iseloomu ja suurusega (vt joonis 2.4), võime järeldada, et selles etapis on peamiselt magneesium. põleb osakesest välja.

Riis. 2.6. 30% Al + 70% Mg sulamiosakeste põletamine normaalsel atmosfäärirõhul segus, mis sisaldab 15 mahu% O 2ja 85% ar:

1, 2 – magneesiumi läbipõlemine; 3-6 – alumiiniumi läbipõlemine

Sulami põlemise esimese etapi tunnuseks on osakeste suuruse ja leegi tsooni püsivus. See tähendab, et sulami vedel tilk on tahkes oksiidkestas. Oksiidkiles domineerib magneesiumoksiid. Kile defektide kaudu voolab magneesium välja, põledes aurufaasi difusioonileegis.

Esimese etapi lõpus suureneb heterogeensete reaktsioonide esinemine, mida tõendab ereda luminestsentsi fookuste ilmumine osakese pinnale. Heterogeensete reaktsioonide käigus eralduv soojus aitab kaasa osakese kuumutamisele oksiidi sulamistemperatuurini ja teise põlemisetapi alguseni.

Põlemise teises etapis ümbritseb osakest ühtlane heledam hõõguv tsoon, mis metalli läbipõlemisel väheneb. Leegi tsooni homogeensus ja sfäärilisus näitavad, et osakese pinnal olev oksiidkile on sulanud. Metalli difusiooni läbi kile tagab vedela oksiidi madal difusioonitakistus. Leegi tsooni suurus ületab oluliselt osakeste suurust, mis näitab metalli põlemist aurufaasis. Põlemise teise etapi olemuse võrdlemine teadaoleva alumiiniumi põlemismustriga näitab suurt sarnasust; tõenäoliselt põleb alumiinium protsessi selles etapis. Selle läbipõlemisel leegi suurus ja sellest tulenevalt põlemistilk väheneb. Põlenud osake helendab pikka aega.

Põleva osakese hõõgumistsooni suuruse muutmine kirjeldatud mehhanismi järgi on keeruline (joonis 2.7). Pärast süütamist väärtus r St. /r 0 jõuab kiiresti (-0,1 ms jooksul) maksimumväärtuseni (jaotis ab). Lisaks põlemise esimese etapi põhiajal suhe r St/ r 0 jääb konstantseks (jaotis bv). Kui magneesiumipõletus lõpeb, r cv/ r 0 vähendatakse miinimumini (punkt G), ja seejärel alumiiniumi põlemise alguses see suureneb (jaotis gd). Lõpuks, aga kuna alumiinium põleb läbi r St. /r 0 väheneb monotoonselt (jaotis de) lõppväärtuseni, mis vastab moodustunud oksiidi suurusele.

Riis. 2.7.:

1 – sulam 30% Al + 70% Mg, õhk; 2 – sulam 30% A1 + 70% Mg, segu 15% O2 + 85% Ar; 3 – sulam 50% A1 + 50% Mg, õhk

Alumiiniumi-magneesiumisulamite põlemisprotsessi mehhanism ja parameetrid sõltuvad oluliselt sulami koostisest. Sulami magneesiumisisalduse vähenemisega väheneb põlemistsooni suurus esimeses põlemisfaasis ja selle kestus. Kui magneesiumisisaldus sulamis on alla 30%, jääb protsess kaheetapiliseks, kuid muutub katkendlikuks. Esimese etapi lõpus vähendatakse hõõgumistsooni osakese enda suuruseni, põlemisprotsess peatub ja alumiinium põleb läbi alles pärast osakese uuesti süütamist. Osakesed, mis uuesti ei sütti, on õõnsad poorsed oksiidkestad, mille sees on põlemata alumiiniumi tilgad.

Osakeste põlemisaja sõltuvust nende esialgsest läbimõõdust väljendatakse järgmiste empiiriliste valemitega:

Alumiiniumi-magneesiumisulamite põletamine hapniku ja argooni segudes, veeaurus ja süsinikdioksiidis.

Alumiiniumi-magneesiumisulamite osakeste põlemine hapniku-argooni segudes on sama, mis õhus. Hapnikusisalduse vähenemisega väheneb magneesiumi läbipõlemise ajal hõõguvtsooni suurus märgatavalt. 50% Al + 50% Mg sulami osakeste põlemisaja sõltuvust osakeste suurusest ja hapnikusisaldusest segus mahuprotsentides väljendatakse valemiga

Sulamite põlemine veeaurus on oluliselt erinev (joon. 2.8). Esimeses etapis moodustunud oksiidkile hävitatakse vesiniku toimel ja osake omandab koralli välimuse. Korallisse jäänud alumiinium süttib alles 1-10 ms pärast esimese etapi lõppu. Selline protsessi katkestus on tüüpiline mis tahes koostisega sulamitele.

Riis. 2.8. Alumiiniumi-magneesiumisulami osakeste (50:50) põletamine sfääriliselt(A) ja vale(b) moodustub veeaurus normaalsel atmosfäärirõhul:

1 – algosake; 2 – osake enne süütamist; 3 – magneesiumi läbipõlemine; 4 – alumiiniumi läbipõlemine; 5 – osakese järel tekkinud korall

Alumiiniumi-magneesiumisulamite süsinikdioksiidis põlemisel põleb osakesest välja ainult magneesium, misjärel põlemisprotsess peatub.

Alumiiniumi-magneesiumi sulamite põletamine kõrge temperatuuriga leegis

Metalliosakeste põlemisprotsessi uurimiseks kõrgel temperatuuril põletati nõela otsa kinnitatud osakese all ammooniumperkloraadi ja heksamiini segudest pressitud tablett, mille põlemistemperatuurid olid arvutatud 2500, 2700 ja 3100 K.

Alumiiniumi-magneesiumisulamite osakeste põlemine nendes tingimustes toimub reeglina plahvatusega. Plahvatuse esinemine on tüüpiline kõikide koostiste osakestele. Plahvatuse tagajärjel tekib märkimisväärne luminestsentsvöönd, mis on märk aurufaasilise põlemise ülekaalust. Fotod põlevast osakesest põlemise alguses (joonis 2.9, A) näitavad, et heterogeensed reaktsioonid toimuvad kogu oksiidkesta pinnal. Heterogeensete reaktsioonide kuumuse tõttu toimub metalli kiire aurustamine (joon. 2.9, b), soodustades oksiidkesta purunemist ja aurustumata tilga pritsimist (joonis 2.9, V).

Riis. 2.9. 95% Al-sulami osakeste põletamine 5% Mg-ga oksüdeerivas leegis (temperatuur 2700 K):

A– põlemise algstaadium; b– statsionaarne põlemine; V- lahkuminek

B. G. Lrabey, S. E. Salibekovi ja Yu. V. Leninsky sõnul põhjustab alumiinium-magneesiumisulamite osakeste purustamine magneesiumi ja alumiiniumi keemistemperatuuride väga suurt erinevust, mille tulemusena magneesiumi keeb, kui osake on kõrge temperatuuriga tsoonis on plahvatusohtlik ja põhjustab ülejäänud alumiiniumi purustamist. Plahvatusohtlikuks põlemiseks piisab juba temperatuurist 2500 K, mis on täiesti loomulik, kuna see temperatuur ületab mõlema komponendi keemistemperatuuri.

• Arabey B. G., Salibekov S. E., Levinsky Yu. V. Mõned metallitolmu süttimise ja põlemise omadused // Pulbermetallurgia. 1964. nr 3. Lk 109-118.

Käimasolevate protsesside seaduspärasuste sõnastamiseks võime piirduda katioonide arvestamisega ja välistada anioonid, kuna nad ise reaktsioonis ei osale. (Kuid sadestumise kiirust mõjutab anioonide tüüp.) Kui lihtsuse mõttes eeldada, et nii vabanenud kui ka lahustunud metallid on kahevalentsed, siis võime kirjutada:

Mina 1 + mina 2 2+ => mina 1 2+ + mina 2

Veelgi enam, esimese katse puhul Me 1 = Fe, Me 2 = Cu. Niisiis koosneb protsess laengute (elektronide) vahetusest mõlema metalli aatomite ja ioonide vahel. Kui vaadelda eraldi (vahereaktsioonidena) raua lahustumist või vase sadestumist, saame:

Fe => Fe 2+ + 2е -
Сu 2+ + 2е - => Сu

Mõelge nüüd juhtumile, kui metall on kastetud vette või soolalahusesse, mille katiooniga on vahetus pingerea asukoha tõttu võimatu. Sellele vaatamata kipub metall iooni kujul lahustuks minema. Sel juhul annab metalli aatom ära kaks elektroni (kui metall on kahevalentne), lahusesse sukeldatud metalli pind muutub lahuse suhtes negatiivselt laetuks ja liidesele tekib kahekordne elektrikiht. See potentsiaalide erinevus takistab metalli edasist lahustumist, nii et protsess peatub peagi. Kui lahusesse on kastetud kaks erinevat metalli, laevad nad mõlemad, kuid vähemaktiivne on mõnevõrra nõrgem, kuna selle aatomid on vähem altid elektronide kaotamisele. Ühendame mõlemad metallid juhiga. Potentsiaalide erinevuse tõttu liigub elektronide voog aktiivsemast metallist vähemaktiivsesse, mis moodustab elemendi positiivse pooluse. Toimub protsess, mille käigus aktiivsem metall läheb lahusesse ja lahusest vabanevad katioonid väärismetallile.

Galvaanielemendi olemus

Illustreerigem nüüd mitme katsega ülaltoodud mõnevõrra abstraktset arutluskäiku (mis pealegi kujutab endast jämedat lihtsustamist).

Esmalt täitke 250 ml keeduklaas 10% väävelhappe lahusega ja kastke sinna mitte liiga väikesed tsingi- ja vasetükid. Mõlema elektroodi külge jootme või neetime vasktraadi, mille otsad ei tohiks lahust puutuda.

Kuni traadi otsad ei ole omavahel ühendatud, jälgime tsingi lahustumist, millega kaasneb vesiniku eraldumine. Tsink, nagu tuleneb pingereast, on aktiivsem kui vesinik, nii et metall võib vesiniku ioonsest olekust välja tõrjuda. Mõlemale metallile moodustub elektriline topeltkiht. Elektroodide potentsiaalide erinevust on kõige lihtsam tuvastada voltmeetriga. Vahetult pärast seadme ühendamist vooluringiga näitab nool umbes 1 V, kuid siis pinge langeb kiiresti. Kui ühendate elemendiga väikese lambipirni, mis tarbib 1 V, süttib see - alguses üsna tugevalt ja seejärel muutub kuma nõrgaks.

Seadme klemmide polaarsuse põhjal võime järeldada, et vaskelektrood on positiivne poolus. Seda saab tõestada ilma seadmeta, võttes arvesse protsessi elektrokeemiat. Valmistame väikeses keeduklaasis või katseklaasis lauasoola küllastunud lahuse, lisame umbes 0,5 ml fenoolftaleiini indikaatori alkoholilahust ja kastame mõlemad traadiga suletud elektroodid lahusesse. Negatiivse pooluse lähedal on näha nõrk punakas värvus, mis on põhjustatud naatriumhüdroksiidi moodustumisest katoodil.

Teistes katsetes saab rakku paigutada erinevaid metallipaare ja määrata tekkiva pinge. Näiteks annavad magneesium ja hõbe eriti suure potentsiaali erinevuse nende olulise kauguse ja pingete jada tõttu, samas kui tsink ja raud annavad vastupidi väga väikese, vähem kui kümnendiku volti. Alumiiniumi kasutamisel ei saa me passiveerimise tõttu praktiliselt mingit voolu.

Kõigil neil elementidel või, nagu elektrokeemikud ütlevad, vooluringidel on see miinus, et voolu mõõtmisel langeb nende pinge väga kiiresti. Seetõttu mõõdavad elektrokeemikud meetodi abil alati pinge tegelikku väärtust pingevabas olekus pinge kompenseerimine, see tähendab, et võrrelda seda teise vooluallika pingega.

Vaatleme vask-tsingi elemendis toimuvaid protsesse veidi üksikasjalikumalt. Katoodil läheb tsink lahusesse järgmise võrrandi kohaselt:

Zn => Zn 2+ + 2е -

Väävelhappe vesinikioonid tühjendatakse vase anoodil. Nad kinnitavad tsinkatoodilt läbi traadi tulevaid elektrone ja selle tulemusena moodustuvad vesinikumullid:

2Н + + 2е - => Н 2

Mõne aja pärast kaetakse vask õhukese vesinikumullide kihiga. Sel juhul muutub vaskelektrood vesinikuks ja potentsiaalide erinevus väheneb. Seda protsessi nimetatakse polarisatsioon elektrood. Vaskelektroodi polarisatsiooni saab kõrvaldada, lisades pärast pingelangust rakule veidi kaaliumdikromaadi lahust. Pärast seda pinge tõuseb uuesti, kuna kaaliumdikromaat oksüdeerib vesiniku veeks. Kaaliumbikromaat toimib sel juhul kui depolarisaator

Praktikas kasutatakse galvaanilisi ahelaid, mille elektroodid ei ole polariseeritud, või ahelaid, mille polarisatsiooni saab kõrvaldada depolarisaatorite lisamisega.

Mittepolariseeruva elemendi näitena vaatleme Danieli elementi, mida kasutati minevikus sageli vooluallikana. See on ka vask-tsink element, kuid mõlemad metallid on kastetud erinevatesse lahustesse. Tsinkelektrood asetatakse poorsesse savikambrisse, mis on täidetud lahjendatud (umbes 20%) väävelhappega. Savirakk on riputatud suures klaasis, mis sisaldab kontsentreeritud vasksulfaadi lahust, ja selle põhjas on vasksulfaadi kristallide kiht. Selle anuma teine ​​elektrood on vasklehest valmistatud silinder.

Selle elemendi saab valmistada klaaspurgist, müügilolevast savielemendist (äärmisel juhul kasutame lillepotti, sulgedes põhjas oleva augu) ja kahest sobiva suurusega elektroodist.

Raku töötamise ajal lahustub tsink, moodustades tsinksulfaadi ja vaskelektroodil eraldub metalliline vask. Kuid samal ajal pole vaskelektrood polariseeritud ja element tekitab pinget umbes 1 V. Tegelikult on teoreetiliselt klemmide pinge 1,10 V, kuid voolu kogumisel mõõdame elektri tõttu veidi väiksemat väärtust. raku vastupidavus.

Kui me elemendist voolu ei eemalda, peame väävelhappe lahusest eemaldama tsinkelektroodi, sest vastasel juhul lahustub see vesiniku moodustamiseks.

Joonisel on kujutatud lihtsa lahtri skeem, mis ei vaja poorset vaheseina. Tsinkelektrood asub klaaspurgi ülaosas ja vaskelektrood põhja lähedal. Kogu lahter täidetakse lauasoola küllastunud lahusega. Asetage peotäis vasksulfaadi kristalle purgi põhja. Saadud kontsentreeritud vasksulfaadi lahus seguneb lauasoola lahusega väga aeglaselt. Seetõttu eraldub elemendi töötamisel vask vaskelektroodile ja tsink lahustub raku ülemises osas sulfaadi või kloriidina.

Tänapäeval kasutatakse neid peaaegu eranditult akude jaoks. kuivad elemendid, mida on mugavam kasutada. Nende esivanem on Leclanche'i element. Elektroodid on tsingi silinder ja süsinikvarras. Elektrolüüt on pasta, mis koosneb peamiselt ammooniumkloriidist. Tsink lahustub pastas ja söele eraldub vesinik. Polariseerumise vältimiseks kastetakse söepulk linasesse kotti, mis sisaldab söepulbri ja pürolusiidi segu. Süsinikupulber suurendab elektroodi pinda ja pürolusiit toimib depolarisaatorina, oksüdeerides aeglaselt vesinikku. Tõsi, pürolusiidi depolariseerimisvõime on nõrgem kui varem mainitud kaaliumbikromaadil. Seetõttu langeb kuivades elementides voolu vastuvõtmisel pinge kiiresti, need "väsivad" polarisatsiooni tõttu. Alles mõne aja pärast toimub vesiniku oksüdatsioon pürolusiidiga. Seega elemendid "puhkavad", kui mõnda aega voolu ei läbita. Kontrollime seda taskulambi aku pealt, millega ühendame lambipirni. Ühendame voltmeetri paralleelselt lambiga, see tähendab otse klemmidega. Alguses on pinge umbes 4,5 V. (Enamasti on sellistel akudel kolm järjestikku ühendatud elementi, millest igaühe teoreetiline pinge on 1,48 V.) Mõne aja pärast pinge langeb ja lambipirni kuma nõrgendada. Voltmeetri näitude põhjal saame hinnata, kui kaua aku peab puhata.

Erilise koha hõivavad taastavad elemendid, mida tuntakse patareidena. Need läbivad pöörduvaid reaktsioone ja neid saab laadida pärast elemendi tühjenemist, ühendades need välise alalisvooluallikaga.

Praegu on pliiakud kõige levinumad; Elektrolüüdiks neis on lahjendatud väävelhape, millesse on sukeldatud kaks pliiplaati. Positiivne elektrood on kaetud pliiperoksiidiga PbO 2 (tänapäevane nimetus on pliidioksiid), negatiivne elektrood on metallist plii. Pinge klemmidel on ligikaudu 2,1 V. Tühjenemisel tekib mõlemale plaadile pliisulfaat, mis laadimisel muutub taas metalliliseks pliiks ja pliiperoksiidiks.