Arde aluminiul la foc deschis? Cum să obțineți o culoare uniformă a flăcării? Arderea aliajelor de aluminiu-magneziu în aer

Nu este greu de ghicit că nuanța unei flăcări este determinată de substanțele chimice care arde în ea, dacă expunerea la temperaturi ridicate eliberează atomi individuali ai substanțelor combustibile, colorând focul. Pentru a determina efectul substanțelor asupra culorii focului, au fost efectuate diverse experimente, pe care le vom discuta mai jos.

Din cele mai vechi timpuri, alchimiștii și oamenii de știință au încercat să afle ce substanțe ard, în funcție de culoarea pe care o dobândește flacăra.

Flăcările boilerelor și sobelor pe gaz, disponibile în toate casele și apartamentele, au o nuanță albastră. Când este ars, această nuanță este produsă de carbon, monoxid de carbon. Culoarea galben-portocalie a flăcării unui foc care se aprinde în pădure, sau a chibriturilor de uz casnic, se datorează conținutului ridicat de săruri de sodiu din lemnul natural. În mare parte datorită acestui lucru - roșu. Flacăra unui arzător de aragaz va căpăta aceeași culoare dacă o stropiți cu sare obișnuită de masă. Când cuprul arde, flacăra va fi verde. Cred că ați observat că atunci când porți un inel sau un lanț din cupru obișnuit care nu este acoperit cu un compus protector pentru o perioadă lungă de timp, pielea devine verde. Același lucru se întâmplă în timpul procesului de ardere. Dacă conținutul de cupru este mare, apare o lumină verde foarte strălucitoare, aproape identică cu cea albă. Acest lucru se poate observa dacă presărați așchii de cupru pe un arzător cu gaz.

Multe experimente au fost efectuate folosind un arzător obișnuit cu gaz și diverse minerale. În acest fel a fost determinată compoziția lor. Trebuie să luați mineralul cu o pensetă și să îl puneți în flacără. Culoarea pe care o ia focul poate indica diferitele impurități prezente în element. O flacără verde și nuanțele sale indică prezența cuprului, bariului, molibdenului, antimoniului și fosforului. Borul produce o culoare albastru-verde. Seleniul dă flăcării o nuanță albastră. Flacăra este colorată în roșu în prezența stronțiului, litiului și calciului, iar violetă - potasiu. Culoarea galben-portocalie este produsă atunci când sodiul arde.

Studiile mineralelor pentru determinarea compoziției lor sunt efectuate folosind un arzător Bunsen. Culoarea flăcării sale este uniformă și incoloră; nu interferează cu cursul experimentului. Bunsen a inventat arzătorul la mijlocul secolului al XIX-lea.

El a venit cu o metodă care permite determinarea compoziției unei substanțe după nuanța flăcării. Oamenii de știință au încercat să efectueze experimente similare înaintea lui, dar nu aveau un arzător Bunsen, a cărui flacără incoloră nu a interferat cu progresul experimentului. El a plasat diferite elemente pe un fir de platină în focul arzătorului, deoarece atunci când acest metal este adăugat, flacăra nu devine colorată. La prima vedere, metoda pare bună; se poate renunța la analizele chimice care necesită multă muncă. Trebuie doar să aduci elementul la foc și să vezi în ce constă. Dar substanțele în forma lor pură pot fi găsite extrem de rar în natură. Acestea conțin de obicei cantități mari de diverse impurități care schimbă culoarea flăcării.

Bunsen a încercat să evidențieze culorile și nuanțele folosind diverse metode. De exemplu, folosind sticlă colorată. Să presupunem că, dacă te uiți prin sticla albastră, nu vei vedea culoarea galbenă pe care o transformă focul la arderea celor mai comune săruri de sodiu. Apoi nuanța liliac sau purpurie a elementului dorit devine distinsă. Dar chiar și astfel de trucuri au condus la determinarea corectă a compoziției unui mineral complex în cazuri foarte rare. Această tehnologie nu putea realiza mai mult.

În zilele noastre, o astfel de torță este folosită doar pentru lipire.

Flăcările vin în culori diferite. Privește în șemineu. Flăcări galbene, portocalii, roșii, albe și albastre dansează pe bușteni. Culoarea sa depinde de temperatura de ardere și de materialul combustibil. Pentru a vizualiza acest lucru, imaginați-vă spirala unei sobe electrice. Dacă țigla este oprită, spiralele sunt reci și negre. Să presupunem că te hotărăști să încălziți supa și să porniți aragazul. La început, spirala devine roșu închis. Cu cât temperatura crește mai mult, cu atât culoarea roșie a spiralei este mai strălucitoare. Când țigla atinge temperatura maximă, bobina devine portocaliu-roșu.

Desigur, spirala nu arde. Nu vezi flacăra. Ea este foarte fierbinte. Dacă îl încălziți mai mult, culoarea se va schimba. În primul rând, culoarea spiralei va deveni galbenă, apoi albă, iar când se încălzește și mai mult, o strălucire albastră va emana din ea.

Ceva asemanator se intampla cu focul. Să luăm ca exemplu o lumânare. Zonele diferite ale flăcării unei lumânări au temperaturi diferite. Focul are nevoie de oxigen. Dacă acoperiți o lumânare cu un borcan de sticlă, focul se va stinge. Zona centrală a flăcării lumânării adiacente fitilului consumă puțin oxigen și pare întunecată. Zonele superioare și laterale ale flăcării primesc mai mult oxigen, astfel încât aceste zone sunt mai luminoase. Pe măsură ce flacăra trece prin fitil, ceara se topește și trosnește, rupându-se în particule minuscule de carbon. (De asemenea, cărbunele este format din carbon.) Aceste particule sunt transportate în sus de flacără și ard. Sunt foarte fierbinți și strălucesc ca spirala plăcii tale. Dar particulele de carbon sunt mult mai fierbinți decât bobina celei mai fierbinți (temperatura de ardere a carbonului este de aproximativ 1.400 de grade Celsius). Prin urmare, strălucirea lor este galbenă. Lângă fitilul care arde, flacăra este și mai fierbinte și strălucește albastru.

Flăcările unui șemineu sau focului sunt în mare parte pestrițe în aparență. Lemnul arde la o temperatură mai scăzută decât fitilul pentru lumânare, așa că culoarea de bază a focului este mai degrabă portocalie decât galbenă. Unele particule de carbon dintr-o flacără de foc au o temperatură destul de ridicată. Sunt puține, dar adaugă o nuanță gălbuie la flacără. Particulele răcite de carbon fierbinte sunt funingine care se depune pe coșuri. Temperatura de ardere a lemnului este mai mică decât temperatura de ardere a unei lumânări. Calciul, sodiul și cuprul, atunci când sunt încălzite la temperaturi ridicate, strălucesc în diferite culori. Se adaugă la pudra de rachetă pentru a colora luminile artificiilor de sărbători.

Culoarea flăcării și compoziția chimică

Culoarea flăcării poate varia în funcție de impuritățile chimice conținute în bușteni sau alte substanțe inflamabile. Flacăra poate conține, de exemplu, impurități de sodiu.

Chiar și în cele mai vechi timpuri, oamenii de știință și alchimiștii au încercat să înțeleagă ce fel de substanțe ardeau în foc, în funcție de culoarea focului.

• Sodiul este o componentă a sării de masă. Când sodiul este încălzit, acesta devine galben strălucitor.
• Calciul poate fi eliberat în foc. Știm cu toții că laptele conține mult calciu. Este metal. Calciul fierbinte devine roșu aprins.
• Dacă fosforul arde într-un incendiu, flacăra va deveni verzuie. Toate aceste elemente fie sunt conținute în lemn, fie intră în foc cu alte substanțe.
• Aproape toată lumea are acasă sobe pe gaz sau încălzitoare de apă, ale căror flăcări sunt colorate în albastru. Acest lucru se datorează carbonului combustibil, monoxidului de carbon, care dă această nuanță.

Amestecarea culorilor unei flăcări, ca și amestecarea culorilor unui curcubeu, poate produce alb, motiv pentru care zonele albe sunt vizibile în flăcările unui foc sau șemineu.

Temperatura flăcării la arderea anumitor substanțe:

Cum să obțineți o culoare uniformă a flăcării?

Pentru a studia mineralele și a determina compoziția lor, se folosește arzător Bunsen, dând o culoare uniformă, incoloră a flăcării, care nu interferează cu cursul experimentului, inventat de Bunsen la mijlocul secolului al XIX-lea.

Bunsen era un fan înfocat al elementului foc și deseori se chinuia cu flăcări. Hobby-ul lui era suflarea sticlei. Sufland din sticlă diverse modele și mecanisme viclene, Bunsen nu a putut observa durerea. Au fost momente în care degetele lui înseninate au început să fumeze din paharul fierbinte, încă moale, dar nu i-a dat atenție. Dacă durerea trecuse deja dincolo de pragul sensibilității, atunci s-a salvat folosind propria sa metodă - și-a apăsat strâns lobul urechii cu degetele, întrerupând o durere cu alta.

El a fost fondatorul metodei de determinare a compoziției unei substanțe după culoarea flăcării. Desigur, înaintea lui, oamenii de știință au încercat să efectueze astfel de experimente, dar nu aveau un arzător Bunsen cu o flacără incoloră care să nu interfereze cu experimentul. El a introdus diverse elemente pe sârmă de platină în flacăra arzătorului, deoarece platina nu afectează culoarea flăcării și nu o colorează.

S-ar părea că metoda este bună, nu este nevoie de analize chimice complexe; aduceți elementul la flacără și compoziția sa este imediat vizibilă. Dar nu era acolo. Foarte rar substanțele se găsesc în natură în forma lor pură; ele conțin, de obicei, o gamă largă de diverse impurități care își schimbă culoarea.

Bunsen a încercat diverse metode de izolare a culorilor și a nuanțelor acestora. De exemplu, am încercat să mă uit prin sticlă colorată. Să spunem, sticla albastră stinge culoarea galbenă produsă de cele mai comune săruri de sodiu și se poate discerne o nuanță purpurie sau purpurie a elementului nativ. Dar chiar și cu ajutorul acestor trucuri, a fost posibil să se determine compoziția unui mineral complex doar o dată la o sută.

Acest lucru este interesant! Datorită proprietății atomilor și moleculelor de a emite lumină de o anumită culoare, a fost dezvoltată o metodă pentru determinarea compoziției substanțelor, care se numește analiza spectrală. Oamenii de știință studiază spectrul pe care îl emite o substanță, de exemplu, atunci când arde, îl compară cu spectrele elementelor cunoscute și, astfel, îi determină compoziția.

Arderea aluminiului

Aluminiu care arde în aer

Spre deosebire de magneziu, particulele individuale de aluminiu nu se aprind atunci când sunt încălzite în aer sau vapori de apă la 2100 K. Particulele de magneziu arse au fost folosite pentru a aprinde aluminiul. Acestea din urmă au fost așezate pe suprafața elementului de încălzire, iar particulele de aluminiu au fost așezate pe vârful acului la o distanță de 10-4 m deasupra primului.

Când particulele de aluminiu sunt aprinse, aprinderea are loc în faza de vapori, iar intensitatea zonei de strălucire care apare în jurul particulei crește lent. Arderea staționară se caracterizează prin existența unei zone de strălucire, care nu își schimbă dimensiunea până când metalul este aproape complet ars. Raportul dintre dimensiunile zonei de strălucire și particulele este de 1,6-1,9. În zona de strălucire, se formează mici picături de oxid, care se contopesc la ciocnire.

Reziduul după arderea particulei este un înveliș gol, care nu conține metal în interior. Dependența timpului de ardere al unei particule de dimensiunea acesteia este exprimată prin formula (combustie simetrică).

Arderea aluminiului în vapori de apă

Aprinderea aluminiului în vapori de apă are loc în mod eterogen. Hidrogenul eliberat în timpul reacției contribuie la distrugerea peliculei de oxid; în acest caz, oxidul (sau hidroxidul) lichid de aluminiu este pulverizat sub formă de picături cu un diametru de până la 10-15 microni. O astfel de distrugere a învelișului de oxid se repetă periodic. Acest lucru sugerează că o parte semnificativă a metalului arde pe suprafața particulei.

La începutul arderii, raportul rsv /r 0 este egal cu 1,6-1,7. În timpul procesului de ardere, dimensiunea particulelor scade, iar raportul gs/?o crește la 2,0-3,0. Viteza de ardere a unei particule de aluminiu în vapori de apă este de aproape 5 ori mai mare decât în ​​aer.

Arderea aliajelor de aluminiu-magneziu

Arderea aliajelor de aluminiu-magneziu în aer

Aprinderea particulelor de aliaje de aluminiu-magneziu cu compoziție variabilă în aer, amestecuri de oxigen-argon, vapori de apă și dioxid de carbon are loc, de regulă, similar cu aprinderea particulelor de magneziu. Debutul aprinderii este precedat de reacții oxidative care apar la suprafață.

Arderea aliajelor de aluminiu-magneziu diferă semnificativ de arderea atât a aluminiului, cât și a magneziului și depinde puternic de raportul componentelor din aliaj și de parametrii mediului oxidant. Cea mai importantă caracteristică a arderii particulelor de aliaj este procesul în două etape (Fig. 2.6). În prima etapă, particula este înconjurată de un set de torțe, formând o zonă neuniformă de luminescență a produselor de reacție. Comparând natura și dimensiunea zonei luminoase din jurul particulei de aliaj în timpul primei etape de ardere cu natura și dimensiunea zonei luminoase din jurul particulei de magneziu care arde (vezi Fig. 2.4), putem concluziona că în această etapă, în principal magneziu arde din particule.

Orez. 2.6. Arderea unei particule de aliaj de 30% Al + 70% Mg la presiune atmosferică normală într-un amestec care conține 15% O în volum 2și 85% Ar:

1, 2 – burnout de magneziu; 3-6 – arderea aluminiului

O caracteristică a primei etape a arderii aliajului este constanța dimensiunii particulelor și a zonei de flacără. Aceasta înseamnă că picătura lichidă a aliajului este conținută într-un înveliș de oxid solid. Filmul de oxid este dominat de oxid de magneziu. Prin defecte de peliculă, magneziul curge afară, arzând într-o flacără de difuzie în fază de vapori.

La sfârșitul primei etape, apariția reacțiilor eterogene crește, așa cum demonstrează apariția focarelor de luminescență strălucitoare pe suprafața particulei. Căldura eliberată în timpul reacțiilor eterogene contribuie la încălzirea particulei până la punctul de topire al oxidului și la începutul celei de-a doua etape de ardere.

În a doua etapă a arderii, particula este înconjurată de o zonă de strălucire uniformă, mai strălucitoare, care scade pe măsură ce metalul se arde. Omogenitatea și sfericitatea zonei de flacără indică faptul că filmul de oxid de pe suprafața particulei este topit. Difuzia metalului prin peliculă este asigurată de rezistența scăzută la difuzie a oxidului lichid. Dimensiunea zonei de flacără depășește semnificativ dimensiunea particulelor, ceea ce indică arderea metalului în faza de vapori. Comparația naturii celei de-a doua etape de ardere cu modelul cunoscut de ardere a aluminiului indică o mare similitudine; este probabil ca aluminiul să ardă în această etapă a procesului. Pe măsură ce se stinge, dimensiunea flăcării și, în consecință, picătura arzătoare scade. Particula arsă strălucește mult timp.

Modificarea dimensiunii zonei de strălucire a unei particule care arde în conformitate cu mecanismul descris este complexă (Fig. 2.7). După aprindere valoarea r Sf. /r 0 rapid (în -0,1 ms) atinge valoarea maximă (secțiunea ab). În plus, în timpul principal al primei etape de ardere, raportul r Sf/ r 0 rămâne constant (secțiunea bv). Când consumul de magneziu se termină, r CV/ r 0 este redus la minim (punctul G), iar apoi, odată cu începerea arderii aluminiului, acesta crește (secțiunea gd). În cele din urmă, dar pe măsură ce aluminiul se arde r Sf. /r 0 scade monoton (secțiunea de) la o valoare finală corespunzătoare mărimii oxidului format.

Orez. 2.7.:

1 – aliaj 30% Al + 70% Mg, aer; 2 – aliaj 30% A1 + 70% Mg, amestec 15% O2 + 85% Ar; 3 – aliaj 50% A1 + 50% Mg, aer

Mecanismul și parametrii procesului de ardere a aliajelor de aluminiu-magneziu depind în mod semnificativ de compoziția aliajului. Cu o scădere a conținutului de magneziu din aliaj, dimensiunea zonei de strălucire în timpul primei etape de ardere și durata acestei etape scade. Când conținutul de magneziu din aliaj este mai mic de 30%, procesul rămâne un proces în două etape, dar devine intermitent. La sfârșitul primei etape, zona de strălucire este redusă la dimensiunea particulei în sine, procesul de ardere se oprește, iar aluminiul se arde numai după ce particulele sunt reaprinse. Particulele care nu se aprind din nou sunt învelișuri goale, poroase de oxid, care conțin în interior picături de aluminiu nears.

Dependența timpului de ardere a particulelor de diametrul lor inițial este exprimată prin următoarele formule empirice:

Arderea aliajelor de aluminiu-magneziu în amestecuri de oxigen cu argon, în vapori de apă și în dioxid de carbon.

Natura arderii particulelor de aliaje de aluminiu-magneziu în amestecuri de oxigen-argon este aceeași ca și în aer. Odată cu o scădere a conținutului de oxigen, dimensiunea zonei de strălucire în timpul epuizării magneziului scade considerabil. Dependența timpului de ardere a particulelor din aliajul 50% Al + 50% Mg de dimensiunea particulelor și conținutul de oxigen din amestec în procente în volum este exprimată prin formula

Arderea aliajelor în vapori de apă este semnificativ diferită (Fig. 2.8). Filmul de oxid format în prima etapă este distrus de hidrogen, iar particula capătă aspectul de coral. Aluminiul rămas în coral se aprinde doar la 1-10 ms după terminarea primei etape. O astfel de intermitență a procesului este tipică pentru aliajele de orice compoziție.

Orez. 2.8. Arderea particulelor de aliaj de aluminiu-magneziu (50:50) sferică(A) si gresit(b) se formează în vapori de apă la presiunea atmosferică normală:

1 – particulă inițială; 2 – particule înainte de aprindere; 3 – burnout de magneziu; 4 – arderea aluminiului; 5 – coral format după particulă

Când aliajele de aluminiu-magneziu ard în dioxid de carbon, numai magneziul arde din particule, după care procesul de ardere se oprește.

Arderea aliajelor de aluminiu-magneziu într-o flacără la temperatură ridicată

Pentru a studia procesul de ardere a particulelor de metal la temperaturi ridicate, o tabletă presată din amestecuri de perclorat de amoniu și hexamină, având temperaturi de ardere calculate de 2500, 2700 și 3100 K, a fost arsă sub o particulă montată pe vârful unui ac.

Arderea particulelor de aliaje de aluminiu-magneziu în aceste condiții are loc, de regulă, cu o explozie. Prezența unei explozii este tipică pentru particule de toate compozițiile. Ca urmare a exploziei, se formează o zonă de luminescență semnificativă, care este un semn al predominanței arderii în fază de vapori. Fotografii ale unei particule care arde la începutul arderii (Fig. 2.9, A) arată că reacțiile eterogene au loc pe întreaga suprafață a învelișului de oxid. Datorită căldurii reacțiilor eterogene, are loc o evaporare rapidă a metalului (Fig. 2.9, b), favorizând ruperea învelișului de oxid și stropirea picăturii neevaporate (Fig. 2.9, V).

Orez. 2.9. Arderea particulelor de aliaj de 95% Al cu 5% Mg în flacără oxidantă (temperatura 2700 K):

A– stadiul inițial de ardere; b– ardere staționară; V- despărțirea

Potrivit lui B. G. Lrabey, S. E. Salibekov și Yu. V. Leninsky, zdrobirea particulelor de aliaje de aluminiu-magneziu este cauzată de o diferență foarte mare a temperaturilor de fierbere a magneziului și a aluminiului, ca urmare a fierberii magneziului atunci când particulele se află într-o zonă de temperatură ridicată este explozivă și duce la strivirea aluminiului rămas. O temperatură de 2500 K este deja suficientă pentru a avea loc arderea explozivă, ceea ce este destul de natural, deoarece această temperatură depășește punctul de fierbere al ambelor componente.

• Arabey B. G., Salibekov S. E., Levinsky Yu. V. Câteva caracteristici ale aprinderii și arderii prafului metalic // Metalurgia pulberilor. 1964. Nr 3. P. 109-118.

Pentru a formula legile proceselor în desfășurare, ne putem limita la luarea în considerare a cationilor și excluderea anioniilor, deoarece ei înșiși nu participă la reacție. (Cu toate acestea, viteza de depunere este afectată de tipul de anioni.) Dacă, pentru simplitate, presupunem că atât metalele eliberate, cât și cele dizolvate sunt bivalente, atunci putem scrie:

Eu 1 + Eu 2 2+ => Eu 1 2+ + Eu 2

Mai mult, pentru primul experiment Me 1 = Fe, Me 2 = Cu. Deci, procesul constă în schimbul de sarcini (electroni) între atomii și ionii ambelor metale. Dacă luăm în considerare separat (ca reacții intermediare) dizolvarea fierului sau precipitarea cuprului, obținem:

Fe => Fe 2+ + 2е -
Сu 2+ + 2е - => Сu

Acum luați în considerare cazul când un metal este scufundat în apă sau într-o soluție de sare, cu un cation al cărui schimb este imposibil datorită poziției sale în seria de tensiuni. În ciuda acestui fapt, metalul tinde să intre în soluție sub formă de ion. În acest caz, atomul de metal cedează doi electroni (dacă metalul este divalent), suprafața metalului scufundat în soluție devine încărcată negativ față de soluție și se formează un strat electric dublu la interfață. Această diferență de potențial împiedică dizolvarea ulterioară a metalului, astfel încât procesul se oprește curând. Dacă două metale diferite sunt scufundate într-o soluție, ambele se vor încărca, dar cel mai puțin activ va fi oarecum mai slab, datorită faptului că atomii săi sunt mai puțin predispuși la pierderea de electroni. Să conectăm ambele metale cu un conductor. Datorită diferenței de potențial, un flux de electroni va curge de la metalul mai activ în cel mai puțin activ, care formează polul pozitiv al elementului. Are loc un proces în care metalul mai activ intră în soluție, iar cationii din soluție sunt eliberați pe metalul mai nobil.

Esența unei celule galvanice

Să ilustrăm acum cu câteva experimente raționamentul oarecum abstract dat mai sus (care, de altfel, reprezintă o simplificare grosolană).

Mai întâi, umpleți un pahar de 250 ml până la mijloc cu o soluție 10% de acid sulfuric și scufundați bucăți nu prea mici de zinc și cupru în el. Lipim sau nituim fir de cupru la ambii electrozi, ale căror capete nu trebuie să atingă soluția.

Atâta timp cât capetele firului nu sunt conectate între ele, vom observa dizolvarea zincului, care este însoțită de eliberarea de hidrogen. Zincul, după cum urmează din seria de tensiune, este mai activ decât hidrogenul, astfel încât metalul poate înlocui hidrogenul din starea ionică. Pe ambele metale se formează un strat dublu electric. Cel mai simplu mod de a detecta diferența de potențial dintre electrozi este cu un voltmetru. Imediat după conectarea dispozitivului la circuit, săgeata va indica aproximativ 1 V, dar apoi tensiunea va scădea rapid. Dacă conectați un bec mic care consumă 1 V la element, acesta se va aprinde - la început destul de puternic, iar apoi strălucirea va deveni slabă.

Pe baza polarității bornelor dispozitivului, putem concluziona că electrodul de cupru este polul pozitiv. Acest lucru poate fi dovedit fără un dispozitiv luând în considerare electrochimia procesului. Să pregătim o soluție saturată de sare de masă într-un pahar mic sau o eprubetă, să adăugăm aproximativ 0,5 ml dintr-o soluție de alcool a indicatorului de fenolftaleină și să scufundăm ambii electrozi închiși cu sârmă în soluție. În apropierea polului negativ se va observa o culoare roșiatică slabă, care este cauzată de formarea hidroxidului de sodiu la catod.

În alte experimente, se pot plasa diferite perechi de metale într-o celulă și se pot determina tensiunea rezultată. De exemplu, magneziul și argintul vor da o diferență de potențial deosebit de mare datorită distanței semnificative dintre ele și a unei serii de tensiuni, în timp ce zincul și fierul, dimpotrivă, vor da una foarte mică, mai mică de o zecime de volt. Folosind aluminiu, nu vom primi practic niciun curent din cauza pasivării.

Toate aceste elemente, sau, după cum spun electrochimiștii, circuite, au dezavantajul că la măsurarea curentului, tensiunea pe ele scade foarte repede. Prin urmare, electrochimiștii măsoară întotdeauna valoarea adevărată a tensiunii într-o stare dezactivată folosind metoda compensarea tensiunii, adică comparându-l cu tensiunea altei surse de curent.

Să luăm în considerare procesele din elementul cupru-zinc mai detaliat. La catod, zincul intră în soluție conform următoarei ecuații:

Zn => Zn 2+ + 2e -

Ionii de hidrogen ai acidului sulfuric sunt evacuați la anodul de cupru. Ei atașează electronii care vin prin firul de la catodul de zinc și, ca urmare, se formează bule de hidrogen:

2Н + + 2е - => Н 2

După o perioadă scurtă de timp, cuprul va fi acoperit cu un strat subțire de bule de hidrogen. În acest caz, electrodul de cupru se va transforma într-unul de hidrogen, iar diferența de potențial va scădea. Acest proces se numește polarizare electrod. Polarizarea electrodului de cupru poate fi eliminată prin adăugarea unei mici soluții de dicromat de potasiu în celulă după căderea de tensiune. După aceasta, tensiunea va crește din nou, deoarece dicromatul de potasiu va oxida hidrogenul în apă. Bicromatul de potasiu acționează în acest caz ca depolarizator

In practica se folosesc circuite galvanice ai caror electrozi nu sunt polarizati, sau circuite a caror polarizare poate fi eliminata prin adaugarea de depolarizatori.

Ca exemplu de element nepolarizabil, luați în considerare elementul Daniel, care a fost adesea folosit în trecut ca sursă de curent. Acesta este, de asemenea, un element cupru-zinc, dar ambele metale sunt scufundate în soluții diferite. Electrodul de zinc este plasat într-o celulă de argilă poroasă umplută cu acid sulfuric diluat (aproximativ 20%). Celula de argilă este suspendată într-un pahar mare care conține o soluție concentrată de sulfat de cupru, iar în partea de jos există un strat de cristale de sulfat de cupru. Al doilea electrod din acest vas este un cilindru din tablă de cupru.

Acest element poate fi realizat dintr-un borcan de sticlă, o celulă de lut disponibilă în comerț (în cazuri extreme, folosim un ghiveci de flori, închizând orificiul din fund) și doi electrozi de dimensiune adecvată.

În timpul funcționării celulei, zincul se dizolvă pentru a forma sulfat de zinc, iar cuprul metalic este eliberat la electrodul de cupru. Dar, în același timp, electrodul de cupru nu este polarizat și elementul produce o tensiune de aproximativ 1 V. De fapt, teoretic, tensiunea la bornele este de 1,10 V, dar la colectarea curentului măsurăm o valoare puțin mai mică din cauza electricității. rezistenta celulei.

Dacă nu eliminăm curentul din element, trebuie să scoatem electrodul de zinc din soluția de acid sulfuric, deoarece altfel se va dizolva pentru a forma hidrogen.

O diagramă a unei celule simple care nu necesită o partiție poroasă este prezentată în figură. Electrodul de zinc este situat în partea de sus a borcanului de sticlă, iar electrodul de cupru este situat în partea de jos. Întreaga celulă este umplută cu o soluție saturată de sare de masă. Puneți o mână de cristale de sulfat de cupru în fundul borcanului. Soluția de sulfat de cupru concentrată rezultată se va amesteca cu soluția de sare de masă foarte încet. Prin urmare, atunci când celula funcționează, cuprul va fi eliberat pe electrodul de cupru, iar zincul se va dizolva sub formă de sulfat sau clorură în partea superioară a celulei.

În zilele noastre sunt folosite aproape exclusiv pentru baterii. elemente uscate, care sunt mai comod de utilizat. Strămoșul lor este elementul Leclanche. Electrozii sunt un cilindru de zinc și o tijă de carbon. Electrolitul este o pastă care constă în principal din clorură de amoniu. Zincul se dizolvă în pastă, iar hidrogenul este eliberat pe cărbune. Pentru a evita polarizarea, tija de carbon este scufundată într-o pungă de in care conține un amestec de pudră de cărbune și piroluzită. Pulberea de carbon mărește suprafața electrodului, iar piroluzitul acționează ca un depolarizant, oxidând lent hidrogenul. Adevărat, capacitatea de depolarizare a piroluzitului este mai slabă decât cea a bicromatului de potasiu menționat anterior. Prin urmare, atunci când curentul este primit în elemente uscate, tensiunea scade rapid, ele „obosesc” din cauza polarizării. Abia după ceva timp se produce oxidarea hidrogenului cu piroluzit. Astfel, elementele „se odihnesc” dacă nu trece curent de ceva timp. Să verificăm asta pe o baterie de lanternă la care conectăm un bec. Conectam un voltmetru paralel cu lampa, adică direct la bornele. La început, tensiunea va fi de aproximativ 4,5 V. (De cele mai multe ori, astfel de baterii au trei celule conectate în serie, fiecare cu o tensiune teoretică de 1,48 V.) După un timp, tensiunea va scădea și strălucirea becului va scădea. slăbi. Pe baza citirilor voltmetrului, putem judeca cât timp trebuie să se odihnească bateria.

Un loc special este ocupat de elementele regeneratoare cunoscute sub numele de baterii. Ele suferă reacții reversibile și pot fi reîncărcate după ce celula a fost descărcată prin conectarea la o sursă externă de curent continuu.

În prezent, bateriile plumb-acid sunt cele mai comune; Electrolitul din ele este acid sulfuric diluat, în care sunt scufundate două plăci de plumb. Electrodul pozitiv este acoperit cu peroxid de plumb PbO 2 (numele modern este dioxid de plumb), electrodul negativ este plumb metalic. Tensiunea la borne este de aproximativ 2,1 V. La descărcare, pe ambele plăci se formează sulfat de plumb, care se transformă din nou în plumb metalic și peroxid de plumb la încărcare.