Megég az alumínium nyílt tűzön? Hogyan lehet egyenletes lángszínt elérni? Alumínium-magnézium ötvözetek égetése levegőben

Nem nehéz kitalálni, hogy a láng árnyalatát a benne égő vegyszerek határozzák meg, ha a magas hőmérséklet hatására az éghető anyagok egyes atomjai szabadulnak fel, színezve a tüzet. Az anyagoknak a tűz színére gyakorolt ​​hatásának meghatározására különféle kísérleteket végeztek, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.

Az alkimisták és tudósok ősidők óta megpróbálták kideríteni, hogy milyen anyagok égnek, attól függően, hogy a láng milyen színt kap.

A minden házban és lakásban kapható gázbojlerek és kályhák lángja kék árnyalatú. Égéskor ezt az árnyalatot szén, szén-monoxid állítja elő. Az erdőben meggyújtott tűz vagy a háztartási gyufa lángjának sárgás-narancssárga színe a természetes fa magas nátriumsó-tartalmának köszönhető. Nagyrészt ennek köszönhető - piros. A gáztűzhely égőjének lángja ugyanolyan színt kap, ha közönséges konyhasóval szórja meg. Amikor a réz ég, a láng zöld lesz. Gondolom, észrevetted, hogy ha egy közönséges rézből készült gyűrűt vagy láncot viselsz, amelyet hosszú ideig nem vonnak be védőanyaggal, a bőr zöldre vált. Ugyanez történik az égési folyamat során. Ha a réztartalom magas, nagyon élénk zöld fény jelenik meg, amely majdnem teljesen megegyezik a fehérrel. Ez látható, ha rézforgácsot szór a gázégőre.

Sok kísérletet végeztek közönséges gázégővel és különféle ásványokkal. Így határozták meg összetételüket. Az ásványt csipesszel kell venni, és a lángba kell helyezni. A tűz színe jelezheti az elemben lévő különféle szennyeződéseket. A zöld láng és árnyalatai réz, bárium, molibdén, antimon és foszfor jelenlétét jelzik. A bór kék-zöld színt ad. A szelén kék árnyalatot ad a lángnak. A láng vörös színű stroncium, lítium és kalcium, valamint ibolya - kálium jelenlétében. A sárgás-narancssárga szín a nátrium égésekor keletkezik.

Az ásványok összetételének meghatározására szolgáló tanulmányokat Bunsen-égővel végezzük. Lángjának színe egyenletes, színtelen, nem zavarja a kísérlet menetét. Bunsen a 19. század közepén találta fel az égőt.

Olyan módszert dolgozott ki, amely lehetővé teszi egy anyag összetételének meghatározását a láng árnyéka alapján. A tudósok már előtte is próbálkoztak hasonló kísérletekkel, de nem volt Bunsen-égőjük, amelynek színtelen lángja nem zavarta a kísérlet menetét. Platina huzalon különféle elemeket helyezett el az égőtűzbe, mivel ennek a fémnek a hozzáadásával a láng nem színeződik el. A módszer első ránézésre jónak tűnik, a munkaigényes kémiai elemzéstől el lehet tekinteni. Csak a tűzhöz kell vinni az elemet, és meg kell nézni, miből áll. De az anyagok tiszta formájukban rendkívül ritkán találhatók meg a természetben. Általában nagy mennyiségben tartalmaznak különféle szennyeződéseket, amelyek megváltoztatják a láng színét.

Bunsen különféle módszerekkel próbálta kiemelni a színeket és az árnyalatokat. Például színes üveg használatával. Tegyük fel, hogy ha átnézünk a kék üvegen, akkor nem látjuk azt a sárga színt, amely a legáltalánosabb nátriumsók elégetésekor átvált a tűzbe. Ezután a kívánt elem lila vagy bíbor árnyalata megkülönböztethetővé válik. De még az ilyen trükkök is nagyon ritka esetekben vezettek egy összetett ásvány összetételének helyes meghatározásához. Ez a technológia nem tudott többet elérni.

Manapság az ilyen fáklyát csak forrasztásra használják.

A lángok különböző színűek. Nézz be a kandallóba. Sárga, narancssárga, piros, fehér és kék lángok táncolnak a rönkökön. Színe az égési hőmérséklettől és az éghető anyagtól függ. Ennek megjelenítéséhez képzeljük el egy elektromos tűzhely spirálját. Ha a csempe ki van kapcsolva, a spirálfordulatok hidegek és feketék. Tegyük fel, hogy úgy dönt, hogy felmelegíti a levest, és bekapcsolja a tűzhelyet. Először a spirál sötétvörös színűvé válik. Minél magasabbra emelkedik a hőmérséklet, annál világosabb a spirál vörös színe. Amikor a csempe eléri a maximális hőmérsékletét, a tekercs narancsvörös színűvé válik.

Természetesen a spirál nem ég. Nem látod a lángot. Csak nagyon dögös. Ha tovább melegítjük, a színe megváltozik. Először a spirál színe sárgára, majd fehérre változik, és amikor még jobban felmelegszik, kék fény árad belőle.

Valami hasonló történik a tűzzel. Vegyünk példának egy gyertyát. A gyertyaláng különböző területei eltérő hőmérsékletűek. A tűznek oxigénre van szüksége. Ha letakarunk egy gyertyát egy üvegedénybe, a tűz kialszik. A gyertyaláng középső része a kanóc mellett kevés oxigént fogyaszt, és sötétnek tűnik. A láng felső és oldalsó része több oxigént kap, így ezek a területek világosabbak. Ahogy a láng áthalad a kanócon, a viasz megolvad és recseg, apró szénrészecskékre törve. (A szén is szénből áll.) Ezeket a részecskéket a láng felfelé viszi és megég. Nagyon forróak és úgy világítanak, mint a csempe spirálja. De a szénrészecskék sokkal forróbbak, mint a legforróbb csempe tekercse (a szén égési hőmérséklete körülbelül 1400 Celsius fok). Ezért fényük sárga. Az égő kanóc közelében a láng még forróbb és kéken világít.

A kandalló vagy a tűz lángja többnyire tarka megjelenésű. A fa alacsonyabb hőmérsékleten ég, mint a kanóc, ezért a tűz alapszíne inkább narancssárga, mint sárga. Egyes szénrészecskék a tűz lángjában meglehetősen magas hőmérsékletűek. Kevés van belőlük, de sárgás árnyalatot adnak a lángnak. A forró szén lehűlt részecskéi a kéményekre települő korom. A fa égési hőmérséklete alacsonyabb, mint a gyertya égési hőmérséklete. A kalcium, a nátrium és a réz magas hőmérsékletre hevítve különböző színekben világít. Rakétaporhoz adják, hogy színezzék az ünnepi tűzijátékok fényeit.

A láng színe és kémiai összetétele

A láng színe a rönkökben vagy más gyúlékony anyagokban található vegyi szennyeződésektől függően változhat. A láng tartalmazhat például nátrium-szennyeződéseket.

A tudósok és alkimisták már az ókorban is megpróbálták megérteni, milyen anyagok égnek a tűzben, a tűz színétől függően.

• A nátrium az asztali só összetevője. A nátriumot hevítve élénksárgává válik.
• Kalcium kerülhet a tűzbe. Mindannyian tudjuk, hogy a tej sok kalciumot tartalmaz. Ez fém. A forró kalcium élénkpirossá válik.
• Ha a foszfor megég egy tűzben, a láng zöldes színűvé válik. Mindezek az elemek vagy a fában találhatók, vagy más anyagokkal együtt kerülnek a tűzbe.
• Szinte mindenkinek van otthon gáztűzhelye vagy vízmelegítője, aminek a lángja kék színű. Ennek oka az éghető szén, a szén-monoxid, amely ezt az árnyalatot adja.

A láng színeinek keverése, mint a szivárvány színeinek keverése, fehéret eredményezhet, ezért a tűz vagy kandalló lángjában fehér területek láthatók.

A láng hőmérséklete bizonyos anyagok elégetésekor:

Hogyan lehet egyenletes lángszínt elérni?

Az ásványok tanulmányozására és összetételük meghatározására használják Bunsen-égő, egyenletes, színtelen lángszínt adva, amely nem zavarja a kísérlet menetét, Bunsen találta fel a 19. század közepén.

Bunsen lelkes rajongója volt a tűz elemnek, és gyakran bütykölte a lángokat. Hobbija az üvegfúvás volt. Azáltal, hogy különféle ravasz terveket és mechanizmusokat fújt ki az üvegből, Bunsen nem tudta észrevenni a fájdalmat. Volt, hogy bőrkeményedéses ujjai füstölni kezdtek a forró, még puha üvegtől, de nem figyelt rá. Ha a fájdalom már túllépte az érzékenységi küszöböt, akkor saját módszerével mentette ki magát - ujjaival szorosan megnyomta a fülcimpáját, megszakítva az egyik fájdalmat a másikkal.

Ő volt az alapítója annak a módszernek, amellyel az anyag összetételét a láng színe alapján határozzák meg. Természetesen előtte a tudósok megpróbáltak ilyen kísérleteket végezni, de nem volt színtelen lánggal rendelkező Bunsen-égőjük, amely ne zavarta volna a kísérletet. Platinahuzalon különféle elemeket vitt be az égő lángjába, mivel a platina nem befolyásolja a láng színét és nem színezi azt.

Úgy tűnik, a módszer jó, nincs szükség bonyolult kémiai elemzésre, vidd lángra az elemet, és azonnal látható az összetétele. De nem volt ott. Az anyagok nagyon ritkán találhatók meg a természetben tiszta formájukban, általában sokféle színváltoztató szennyeződést tartalmaznak.

Bunsen különféle módszereket próbált ki a színek és árnyalataik elkülönítésére. Például megpróbáltam színes üvegen keresztül nézni. Tegyük fel, hogy a kék üveg kioltja a legáltalánosabb nátriumsók által keltett sárga színt, és észrevehető a natív elem bíbor vagy lila árnyalata. De még ezekkel a trükkökkel is csak százból egyszer lehetett meghatározni egy összetett ásvány összetételét.

Ez érdekes! Az atomok és molekulák azon tulajdonsága miatt, hogy bizonyos színű fényt bocsátanak ki, az anyagok összetételének meghatározására módszert dolgoztak ki, amely ún. spektrális elemzés. A tudósok azt a spektrumot vizsgálják, amelyet egy anyag például égésekor bocsát ki, összehasonlítják az ismert elemek spektrumával, és így határozzák meg az összetételét.

Alumínium égés

Levegőben égő alumínium

A magnéziummal ellentétben az alumínium részecskék nem gyulladnak meg, ha levegőben vagy vízgőzben 2100 K-re hevítik. Égő magnéziumrészecskéket használtak az alumínium meggyújtására. Utóbbiakat a fűtőelem felületére, az alumínium részecskéket pedig a tű hegyére helyezték az előbbi felett 10-4 m távolságra.

Az alumínium részecskék meggyújtásakor a gyulladás a gőzfázisban történik, és a részecske körül megjelenő izzási zóna intenzitása lassan növekszik. Az álló égést egy izzítózóna jellemzi, amely addig nem változtatja meg méretét, amíg a fém szinte teljesen ki nem ég. A fényzóna és a részecske méreteinek aránya 1,6-1,9. Az izzási zónában apró oxidcseppek keletkeznek, amelyek ütközéskor összeolvadnak.

A részecske elégetése után a maradék egy üreges héj, amely nem tartalmaz fémet. Egy részecske égési idejének a méretétől való függését a képlet fejezi ki (szimmetrikus égés).

Alumínium égése vízgőzben

Az alumínium meggyulladása a vízgőzben heterogén módon megy végbe. A reakció során felszabaduló hidrogén hozzájárul az oxidfilm tönkremeneteléhez; ebben az esetben folyékony alumínium-oxidot (vagy hidroxidot) permeteznek cseppek formájában, amelyek átmérője legfeljebb 10-15 mikron. Az oxidhéj ilyen megsemmisítése időszakonként megismétlődik. Ez arra utal, hogy a fém jelentős része ég a részecske felületén.

Az égés kezdetén az rsv /r 0 egyenlő 1,6-1,7. Az égési folyamat során a szemcseméret csökken, a gs/?o arány 2,0-3,0-ra nő. Az alumínium részecskék égési sebessége vízgőzben majdnem 5-ször nagyobb, mint a levegőben.

Alumínium-magnézium ötvözetek elégetése

Alumínium-magnézium ötvözetek égetése levegőben

A változó összetételű alumínium-magnézium ötvözetek részecskéinek gyulladása levegőben, oxigén-argon keverékekben, vízgőzben és szén-dioxidban általában a magnéziumrészecskék gyulladásához hasonlóan megy végbe. A gyulladás kezdetét a felületen lejátszódó oxidatív reakciók előzik meg.

Az alumínium-magnézium ötvözetek égése jelentősen eltér mind az alumínium, mind a magnézium égésétől, és erősen függ az ötvözetben lévő komponensek arányától és az oxidáló környezet paramétereitől. Az ötvözetszemcsék égésének legfontosabb jellemzője a kétlépcsős folyamat (2.6. ábra). Az első szakaszban a részecskét fáklyák veszik körül, amelyek a reakciótermékek lumineszcenciájának egyenetlen zónáját képezik. Összehasonlítva az ötvözetszemcsét körülvevő világító zóna jellegét és méretét az égés első szakaszában az égő magnéziumrészecske körüli világító zóna jellegével és méretével (lásd 2.4. ábra), arra a következtetésre juthatunk, hogy ebben a szakaszban főleg magnézium kiég a részecskéből.

Rizs. 2.6. 30% Al + 70% Mg ötvözetrészecske elégetése normál légköri nyomáson 15 térfogat% O-t tartalmazó keverékben 2és 85% Ar:

1, 2 – magnézium kiégés; 3-6 – alumínium kiégés

Az ötvözet égésének első szakaszának jellemzője a részecskeméret és a lángzóna állandósága. Ez azt jelenti, hogy az ötvözet folyékony cseppje egy szilárd oxidhéjban van. Az oxidfilmben a magnézium-oxid dominál. A filmhibákon keresztül a magnézium kifolyik, és gőzfázisú diffúziós lángban ég.

Az első szakasz végén megnövekszik a heterogén reakciók előfordulása, amit a részecske felületén fényes lumineszcencia gócok megjelenése bizonyít. A heterogén reakciók során felszabaduló hő hozzájárul a részecske felmelegítéséhez az oxid olvadáspontjára és az égés második szakaszának kezdetére.

Az égés második szakaszában a részecskét egyenletes, világosabb izzási zóna veszi körül, amely a fém kiégésével csökken. A lángzóna homogenitása és gömbszerűsége azt jelzi, hogy a részecske felületén lévő oxidfilm megolvadt. A fém diffúzióját a filmen keresztül a folyékony oxid alacsony diffúziós ellenállása biztosítja. A lángzóna mérete jelentősen meghaladja a részecskeméretet, ami a fém gőzfázisban történő égését jelzi. A második égési szakasz természetének és az alumínium égés ismert mintájának összehasonlítása nagy hasonlóságot mutat, valószínű, hogy az alumínium a folyamat ezen szakaszában ég. Amint kiég, a láng mérete és ennek következtében az égő csepp csökken. Az égett részecske sokáig világít.

Az égő részecske izzózónájának a leírt mechanizmus szerint történő megváltoztatása bonyolult (2.7. ábra). Begyújtás után az érték r Utca. /r A 0 gyorsan (-0,1 ms alatt) eléri a maximális értéket (szakasz ab). Továbbá az első égési szakasz fő ideje alatt az arány r Utca/ r 0 állandó marad (szakasz bv). Amikor a magnézium kiégés véget ér, rönéletrajz/ r 0 minimálisra csökken (pont G), majd az alumínium égésének kezdetével növekszik (szakasz gd). Végül, de ahogy az alumínium kiég r Utca. /r 0 monoton csökken (szakasz de) a képződött oxid méretének megfelelő végső értékre.

Rizs. 2.7.:

1 – ötvözet 30% Al + 70% Mg, levegő; 2 – ötvözet 30% A1 + 70% Mg, keverék 15% O2 + 85% Ar; 3 – ötvözet 50% A1 + 50% Mg, levegő

Az alumínium-magnézium ötvözetek égési folyamatának mechanizmusa és paraméterei jelentősen függenek az ötvözet összetételétől. Az ötvözet magnéziumtartalmának csökkenésével az izzási zóna mérete az égés első szakaszában és ennek a szakasznak az időtartama csökken. Ha az ötvözet magnéziumtartalma kevesebb, mint 30%, a folyamat kétlépcsős marad, de szakaszossá válik. Az első szakasz végén az izzási zóna a részecske méretére csökken, az égési folyamat leáll, és az alumínium csak a részecske újragyújtása után ég ki. Azok a részecskék, amelyek nem gyulladnak meg újra, üreges, porózus oxidhéjak, amelyek belsejében el nem égett alumíniumcseppek vannak.

A részecskék égési idejének a kezdeti átmérőtől való függését a következő empirikus képletekkel fejezzük ki:

Alumínium-magnézium ötvözetek elégetése oxigén és argon keverékében, vízgőzben és szén-dioxidban.

Az alumínium-magnézium ötvözetek részecskéi oxigén-argon keverékekben égési természete ugyanaz, mint a levegőben. Az oxigéntartalom csökkenésével a magnézium kiégése során a fényzóna mérete észrevehetően csökken. Az 50% Al + 50% Mg ötvözet részecskéi égési idejének függését a részecskemérettől és a keverék oxigéntartalmától térfogatszázalékban a képlet fejezi ki.

Az ötvözetek égése vízgőzben jelentősen eltér (2.8. ábra). Az első szakaszban keletkezett oxidfilmet a hidrogén tönkreteszi, és a részecske korall megjelenését ölti. A korallban maradt alumínium az első szakasz vége után csak 1-10 ms-mal gyullad meg. Az eljárás ilyen szakaszossága jellemző bármilyen összetételű ötvözetre.

Rizs. 2.8. Alumínium-magnézium ötvözet részecskék (50:50) égetése gömb alakú(A) és rossz(b) normál légköri nyomáson vízgőzben képződik:

1 – kezdeti részecske; 2 – gyújtás előtti részecske; 3 – magnézium kiégés; 4 – alumínium kiégés; 5 – a részecske után kialakult korall

Amikor az alumínium-magnézium ötvözetek szén-dioxidban égnek el, csak a magnézium ég ki a részecskéből, ami után az égési folyamat leáll.

Alumínium-magnézium ötvözetek elégetése magas hőmérsékletű lángban

A fémrészecskék magas hőmérsékleten történő égési folyamatának tanulmányozásához ammónium-perklorát és hexamin keverékéből préselt tablettát, amelynek számított égési hőmérséklete 2500, 2700 és 3100 K volt, egy tű hegyére szerelt részecske alatt elégették.

Az alumínium-magnézium ötvözetek részecskéi ilyen körülmények között általában robbanással égnek. A robbanás jelenléte minden összetételű részecskére jellemző. A robbanás következtében jelentős lumineszcencia zóna képződik, ami a gőzfázisú égés túlsúlyának a jele. Égő részecske fényképei az égés kezdetén (2.9. ábra, A) azt mutatják, hogy az oxidhéj teljes felületén heterogén reakciók mennek végbe. A heterogén reakciók hője miatt a fém gyors párolgása megy végbe (2.9. ábra, b), elősegítve az oxidhéj felszakadását és a nem elpárolgott csepp kifröccsenését (2.9. ábra, V).

Rizs. 2.9. 95% Al-ötvözet részecskék elégetése 5% Mg-mal oxidáló lángban (hőmérséklet 2700 K):

A– az égés kezdeti szakasza; b– álló égés; V- szakítani

B. G. Lrabey, S. E. Salibekov és Yu. V. Leninsky szerint az alumínium-magnézium ötvözetek részecskéinek összetörését a magnézium és az alumínium forráspontjai közötti nagyon nagy különbség okozza, aminek következtében a magnézium felforr, amikor a részecske magas hőmérsékletű zónában van, robbanásveszélyes, és a maradék alumínium összetöréséhez vezet. A 2500 K hőmérséklet már elegendő a robbanásveszélyes égéshez, ami teljesen természetes, mivel ez a hőmérséklet mindkét komponens forráspontját meghaladja.

• Arabey B. G., Salibekov S. E., Levinsky Yu. V. A fémpor gyulladásának és égésének néhány jellemzője // Porkohászat. 1964. 3. szám P. 109-118.

A folyamatban lévő folyamatok törvényszerűségének megfogalmazásához korlátozhatjuk magunkat a kationok figyelembevételére és az anionok kizárására, mivel azok maguk nem vesznek részt a reakcióban. (A lerakódás sebességét azonban befolyásolja az anionok típusa.) Ha az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy a felszabaduló és az oldott fémek is kétértékűek, akkor ezt írhatjuk:

Én 1 + Én 2 2+ => Én 1 2+ + Én 2

Sőt, az első kísérletnél Me 1 = Fe, Me 2 = Cu. Tehát a folyamat a töltések (elektronok) cseréjéből áll mindkét fém atomjai és ionjai között. Ha külön-külön tekintjük (köztes reakcióknak) a vas oldódását vagy a réz kiválását, akkor a következőt kapjuk:

Fe => Fe 2+ + 2е -
Сu 2+ + 2е - => Сu

Tekintsük most azt az esetet, amikor egy fémet vízbe vagy sóoldatba merítünk, amelynek kationjával a feszültségsorban elfoglalt helyzete miatt a csere lehetetlen. Ennek ellenére a fém hajlamos ion formájában oldatba menni. Ilyenkor a fématom két elektront ad fel (ha a fém kétértékű), az oldatba merített fém felülete az oldathoz képest negatív töltésű lesz, és a határfelületen kettős elektromos réteg keletkezik. Ez a potenciálkülönbség megakadályozza a fém további feloldódását, így a folyamat hamar leáll. Ha két különböző fémet merítünk egy oldatba, akkor mindkettő töltődik, de a kevésbé aktív valamivel gyengébb lesz, mivel atomjai kevésbé hajlamosak elektronvesztésre. Kössük össze mindkét fémet egy vezetővel. A potenciálkülönbség miatt az aktívabb fémből az elem pozitív pólusát képező kevésbé aktívba elektronáram fog áramlani. Olyan folyamat játszódik le, amelyben az aktívabb fém oldatba kerül, és az oldatból kationok szabadulnak fel a nemesebb fémre.

A galvánelem lényege

Most több kísérlettel is illusztráljuk a fenti, kissé elvont okfejtést (ami ráadásul durva leegyszerűsítést jelent).

Először egy 250 ml-es főzőpoharat töltsünk a közepéig 10%-os kénsavoldattal, és merítsünk bele nem túl kis cink- és rézdarabokat. Mindkét elektródára rézhuzalt forrasztunk vagy szegecselünk, amelynek végei ne érjenek az oldathoz.

Amíg a vezeték végei nem kapcsolódnak egymáshoz, addig megfigyeljük a cink feloldódását, ami hidrogén felszabadulásával jár. A cink, amint a feszültségsorból következik, aktívabb, mint a hidrogén, így a fém kiszoríthatja a hidrogént az ionos állapotból. Mindkét fémen elektromos kettős réteg képződik. Az elektródák közötti potenciálkülönbséget legegyszerűbben voltmérővel lehet kimutatni. Közvetlenül az eszköz áramkörre történő csatlakoztatása után a nyíl körülbelül 1 V-ot mutat, de ekkor a feszültség gyorsan csökken. Ha egy 1 V-ot fogyasztó kis izzót csatlakoztatunk az elemhez, az kigyullad - eleinte elég erősen, majd gyengül az izzás.

A készülék kivezetéseinek polaritása alapján megállapíthatjuk, hogy a rézelektróda a pozitív pólus. Ez a folyamat elektrokémiáját figyelembe véve eszköz nélkül is bizonyítható. Egy kis főzőpohárban vagy kémcsőben készítsünk konyhasó telített oldatát, adjunk hozzá kb. 0,5 ml fenolftalein indikátor alkoholos oldatát, és merítsük az oldatba mindkét huzallal lezárt elektródát. A negatív pólus közelében halvány vöröses szín figyelhető meg, amelyet a katódon lévő nátrium-hidroxid képződés okoz.

Más kísérletekben különféle fémpárokat lehet elhelyezni egy cellában, és meghatározni a kapott feszültséget. Például a magnézium és az ezüst különösen nagy potenciálkülönbséget ad a köztük lévő jelentős távolság és a feszültségsorozat miatt, míg a cink és a vas éppen ellenkezőleg, nagyon kicsi, kevesebb, mint egy tized volt. Alumínium használatával gyakorlatilag nem kapunk áramot a passziválás miatt.

Mindezeknek az elemeknek, vagy ahogy az elektrokémikusok mondják, az áramköröknek megvan az a hátrányuk, hogy az árammérés során a feszültség nagyon gyorsan leesik. Ezért az elektrokémikusok a módszerrel mindig mérik a feszültség valódi értékét feszültségmentes állapotban feszültség kompenzáció, azaz összehasonlítjuk egy másik áramforrás feszültségével.

Tekintsük egy kicsit részletesebben a réz-cink elemben zajló folyamatokat. A katódon a cink a következő egyenlet szerint megy oldatba:

Zn => Zn 2+ + 2е -

A kénsav hidrogénionjai a réz anódon távoznak. A cinkkatódról a huzalon keresztül érkező elektronokat kötik össze, és ennek eredményeként hidrogénbuborékok képződnek:

2Н + + 2е - => Н 2

Rövid idő elteltével a rezet vékony hidrogénbuborékréteg borítja. Ebben az esetben a rézelektróda hidrogénné válik, és a potenciálkülönbség csökken. Ezt a folyamatot ún polarizáció elektróda. A rézelektróda polarizációja kiküszöbölhető, ha a feszültségesés után kevés kálium-dikromát oldatot adunk a cellához. Ezt követően a feszültség ismét megnő, mivel a kálium-dikromát a hidrogént vízzé oxidálja. A kálium-dikromát ebben az esetben úgy működik, mint depolarizátor

A gyakorlatban olyan galvanikus áramköröket használnak, amelyek elektródái nem polarizáltak, vagy olyan áramköröket, amelyek polarizációja depolarizátorok hozzáadásával kiküszöbölhető.

Példaként a nem polarizálható elemre vegyük a Daniel elemet, amelyet gyakran használtak a múltban áramforrásként. Ez is egy réz-cink elem, de mindkét fémet különböző oldatokba merítik. A cinkelektródát híg (kb. 20%-os) kénsavval töltött porózus agyagcellába helyezzük. Az agyagcellát egy tömény réz-szulfát-oldatot tartalmazó nagy üvegben szuszpendálják, az alján pedig egy réz-szulfát-kristályréteg található. A második elektróda ebben az edényben egy rézlemezből készült henger.

Ez az elem készülhet egy üvegedényből, egy kereskedelemben kapható agyagcellából (extrém esetben virágcserepet használunk, az alján lévő lyukat lezárva) és két megfelelő méretű elektródából.

A cella működése során a cink feloldódik, és cink-szulfátot képez, és fémréz szabadul fel a rézelektródán. Ugyanakkor a rézelektróda nem polarizált, és az elem körülbelül 1 V feszültséget produkál. Valójában elméletileg 1,10 V a feszültség a kivezetéseken, de az áramfelvételnél valamivel alacsonyabb értéket mérünk az elektromosság miatt. a sejt ellenállása.

Ha nem vonjuk le az áramot az elemről, akkor a kénsavas oldatból el kell távolítani a cink elektródát, mert különben feloldódik és hidrogén keletkezik.

Az ábrán látható egy egyszerű cella diagramja, amely nem igényel porózus válaszfalat. A cinkelektróda az üvegedény tetején, a rézelektróda pedig az alján található. Az egész cellát telített konyhasó-oldattal töltjük meg. Helyezzen egy marék réz-szulfát kristályt az edény aljára. A kapott tömény réz-szulfát oldat nagyon lassan keveredik a konyhasó oldattal. Ezért, amikor a cella működik, réz szabadul fel a rézelektródán, és a cink szulfát vagy klorid formájában feloldódik a cella felső részében.

Manapság szinte kizárólag akkumulátorokhoz használják. száraz elemek, amelyek használata kényelmesebb. Ősük a Leclanche elem. Az elektródák egy cinkhenger és egy szénrúd. Az elektrolit egy paszta, amely főként ammónium-kloridból áll. A cink feloldódik a pépben, és hidrogén szabadul fel a szénre. A polarizáció elkerülése érdekében a szénrudat egy vászonzacskóba mártják, amely szénpor és piroluzit keverékét tartalmazza. A szénpor megnöveli az elektród felületét, a piroluzit pedig depolarizátorként működik, lassan oxidálja a hidrogént. Igaz, a piroluzit depolarizáló képessége gyengébb, mint a korábban említett kálium-bikromáté. Ezért, amikor a száraz elemekben áramot kapnak, a feszültség gyorsan leesik, a polarizáció miatt „elfáradnak”. Csak egy idő után következik be a hidrogén oxidációja piroluzittal. Így az elemek „pihennek”, ha egy ideig nincs áram. Ellenőrizzük ezt egy elemlámpa akkumulátorán, amelyre egy izzót csatlakoztatunk. A voltmérőt párhuzamosan csatlakoztatjuk a lámpához, vagyis közvetlenül a kapcsokhoz. Eleinte a feszültség körülbelül 4,5 V. (Az ilyen akkumulátorokban leggyakrabban három sorba kapcsolt cella van, mindegyik elméleti feszültsége 1,48 V.) Egy idő után a feszültség csökken, és a villanykörte világítani kezd. gyengüljön. A voltmérő leolvasása alapján meg tudjuk ítélni, mennyi ideig kell pihennie az akkumulátornak.

Különleges helyet foglalnak el az akkumulátoroknak nevezett regeneráló elemek. Reverzibilis reakciókon mennek keresztül, és a cella lemerülése után újratölthetők egy külső egyenáramforráshoz való csatlakoztatással.

Jelenleg az ólom-savas akkumulátorok a legelterjedtebbek; Az elektrolit bennük híg kénsav, amelybe két ólomlemezt merítenek. A pozitív elektródát PbO 2 ólom-peroxiddal vonják be (a mai nevén ólom-dioxid), a negatív elektródát fémólom. A kivezetéseken a feszültség kb. 2,1 V. Kisütéskor mindkét lemezen ólom-szulfát képződik, amely töltés közben ismét fém ólommá és ólom-peroxiddá alakul.