Horí hliník v otvorenom ohni? Ako dosiahnuť rovnomernú farbu plameňa? Spaľovanie zliatin hliníka a horčíka na vzduchu

Nie je ťažké uhádnuť, že odtieň plameňa je určený chemikáliami, ktoré v ňom horia, ak vystavenie vysokej teplote uvoľňuje jednotlivé atómy horľavých látok, ktoré zafarbujú oheň. Na určenie vplyvu látok na farbu ohňa sa uskutočnili rôzne experimenty, o ktorých budeme diskutovať nižšie.

Od staroveku sa alchymisti a vedci snažili zistiť, aké látky horia v závislosti od farby, ktorú plameň získa.

Plamene plynových ohrievačov vody a sporákov, ktoré sú k dispozícii vo všetkých domoch a bytoch, majú modrý odtieň. Pri horení vzniká tento odtieň uhlíkom, oxidom uhoľnatým. Žlto-oranžová farba plameňa ohňa zapáleného v lese alebo domácich zápaliek je spôsobená vysokým obsahom sodných solí v prírodnom dreve. Z veľkej časti vďaka tomu - červená. Plameň horáka plynového sporáka nadobudne rovnakú farbu, ak ho posypete obyčajnou kuchynskou soľou. Keď meď horí, plameň bude zelený. Myslím, že ste si všimli, že keď nosíte prsteň alebo retiazku z obyčajnej medi, ktorá nie je po dlhú dobu potiahnutá ochrannou zmesou, pokožka zozelenie. To isté sa deje počas spaľovacieho procesu. Ak je obsah medi vysoký, objaví sa veľmi jasné zelené svetlo, takmer identické s bielym. To je možné vidieť, ak na plynový horák posypete medené hobliny.

Mnoho experimentov sa uskutočnilo s použitím bežného plynového horáka a rôznych minerálov. Týmto spôsobom bolo určené ich zloženie. Musíte vziať minerál pomocou pinzety a umiestniť ho do plameňa. Farba, ktorú oheň nadobudne, môže naznačovať rôzne nečistoty prítomné v živle. Zelený plameň a jeho odtiene naznačujú prítomnosť medi, bária, molybdénu, antimónu a fosforu. Bór vytvára modrozelenú farbu. Selén dodáva plameňu modrý odtieň. Plameň je sfarbený do červena v prítomnosti stroncia, lítia a vápnika a fialovo - draslíka. Žlto-oranžová farba vzniká pri horení sodíka.

Štúdie minerálov na určenie ich zloženia sa vykonávajú pomocou Bunsenovho horáka. Farba jeho plameňa je rovnomerná a bezfarebná, neruší priebeh experimentu. Bunsen vynašiel horák v polovici 19. storočia.

Prišiel s metódou, ktorá umožňuje určiť zloženie látky podľa odtieňa plameňa. Vedci sa už pred ním pokúšali uskutočniť podobné experimenty, no nemali Bunsenov horák, ktorého bezfarebný plameň neprekážal v priebehu experimentu. Do ohňa horáka umiestnil rôzne prvky na platinovom drôte, pretože po pridaní tohto kovu sa plameň nesfarbí. Metóda sa na prvý pohľad javí ako dobrá, možno sa vyhnúť pracnej chemickej analýze. Stačí priviesť prvok do ohňa a zistiť, z čoho pozostáva. Látky v čistej forme sa však v prírode vyskytujú veľmi zriedkavo. Zvyčajne obsahujú veľké množstvo rôznych nečistôt, ktoré menia farbu plameňa.

Bunsen sa snažil zvýrazniť farby a odtiene rôznymi metódami. Napríklad pomocou farebného skla. Povedzme, že ak sa pozriete cez modré sklo, neuvidíte žltú farbu ohňa pri spaľovaní najbežnejších sodných solí. Potom sa rozlíši fialový alebo karmínový odtieň požadovaného prvku. Ale aj takéto triky viedli k správnemu určeniu zloženia zložitého minerálu vo veľmi zriedkavých prípadoch. Táto technológia nemohla dosiahnuť viac.

V súčasnosti sa takýto horák používa iba na spájkovanie.

Plamene prichádzajú v rôznych farbách. Pozrite sa do krbu. Na polenách tancujú žlté, oranžové, červené, biele a modré plamene. Jeho farba závisí od teploty spaľovania a horľavého materiálu. Aby ste si to predstavili, predstavte si špirálu elektrického sporáka. Ak je dlaždica vypnutá, závity špirály sú studené a čierne. Povedzme, že ste sa rozhodli zohriať polievku a zapnúť sporák. Najprv sa špirála zmení na tmavočervenú. Čím vyššia teplota stúpa, tým jasnejšia je červená farba špirály. Keď dlaždica dosiahne maximálnu teplotu, cievka sa zmení na oranžovo-červenú.

Prirodzene, špirála nehorí. Nevidíš plameň. Je proste naozaj horúca. Ak ho budete ďalej zahrievať, farba sa zmení. Najprv farba špirály zožltne, potom zbelie a keď sa zahreje ešte viac, bude z nej vychádzať modrá žiara.

Niečo podobné sa deje s ohňom. Vezmime si ako príklad sviečku. Rôzne oblasti plameňa sviečky majú rôzne teploty. Oheň potrebuje kyslík. Ak zakryjete sviečku sklenenou nádobou, oheň zhasne. Centrálna oblasť plameňa sviečky priľahlá ku knôtu spotrebováva málo kyslíka a pôsobí tmavo. Horné a bočné oblasti plameňa prijímajú viac kyslíka, takže tieto oblasti sú jasnejšie. Keď sa plameň pohybuje cez knôt, vosk sa topí a praská, pričom sa rozpadá na drobné uhlíkové častice. (Uhlie tiež pozostáva z uhlíka.) Tieto častice sú unášané hore plameňom a horia. Sú veľmi horúce a žiaria ako špirála vašej dlaždice. Uhlíkové častice sú však oveľa horúcejšie ako cievka najhorúcejšieho obkladu (teplota spaľovania uhlíka je približne 1400 stupňov Celzia). Preto je ich žiara žltá. V blízkosti horiaceho knôtu je plameň ešte horúcejší a svieti na modro.

Plamene krbu alebo ohňa majú väčšinou pestrý vzhľad. Drevo horí pri nižšej teplote ako knôt sviečky, preto je základná farba ohňa skôr oranžová ako žltá. Niektoré častice uhlíka v plameni ohňa majú pomerne vysokú teplotu. Je ich málo, ale dodávajú plameňu žltkastý nádych. Ochladené častice horúceho uhlíka sú sadze, ktoré sa usadzujú na komínoch. Teplota horenia dreva je nižšia ako teplota horenia sviečky. Vápnik, sodík a meď pri zahriatí na vysoké teploty žiaria rôznymi farbami. Pridávajú sa do raketového prášku na farbenie svetiel sviatočných ohňostrojov.

Farba plameňa a chemické zloženie

Farba plameňa sa môže líšiť v závislosti od chemických nečistôt obsiahnutých v polenách alebo inej horľavej látke. Plameň môže obsahovať napríklad nečistoty sodíka.

Dokonca aj v dávnych dobách sa vedci a alchymisti snažili pochopiť, aké látky horia v ohni v závislosti od farby ohňa.

• Sodík je súčasťou kuchynskej soli. Keď sa sodík zahreje, zmení sa na svetložltú.
• Do ohňa sa môže uvoľniť vápnik. Všetci vieme, že mlieko obsahuje veľa vápnika. Je to kovové. Horúci vápnik sa zmení na jasne červenú.
• Ak fosfor horí v ohni, plameň sa zmení na zelenkastý. Všetky tieto prvky sú buď obsiahnuté v dreve, alebo vstupujú do ohňa s inými látkami.
• Takmer každý má doma plynové sporáky alebo ohrievače vody, ktorých plamene sú sfarbené do modra. Môže za to horľavý uhlík, oxid uhoľnatý, ktorý dáva tomuto odtieňu.

Miešaním farieb plameňa, podobne ako miešaním farieb dúhy, môže vzniknúť biela, a preto sú v plameňoch ohňa alebo krbu viditeľné biele plochy.

Teplota plameňa pri spaľovaní určitých látok:

Ako dosiahnuť rovnomernú farbu plameňa?

Používa sa na štúdium minerálov a určenie ich zloženia Bunsenov horák, poskytujúce rovnomernú, bezfarebnú farbu plameňa, ktorá neruší priebeh experimentu, vynájdený Bunsenom v polovici 19. storočia.

Bunsen bol horlivým fanúšikom živlu ohňa a často sa pohrával s plameňmi. Jeho koníčkom bolo fúkanie skla. Vyfúknutím rôznych prefíkaných vzorov a mechanizmov zo skla si Bunsen nemohol všimnúť bolesť. Boli chvíle, keď sa mu z horúceho, ešte mäkkého skla začali dymiť mozoľnaté prsty, no nevenoval tomu pozornosť. Ak už bolesť prekročila hranicu citlivosti, tak sa zachránil vlastnou metódou – prstami si silno stlačil ušný lalôčik a prerušil jednu bolesť druhou.

Bol to on, kto bol zakladateľom metódy určovania zloženia látky podľa farby plameňa. Samozrejme, pred ním sa vedci pokúšali uskutočniť takéto experimenty, ale nemali Bunsenov horák s bezfarebným plameňom, ktorý experimentu neprekážal. Do plameňa horáka zaviedol rôzne prvky na platinovom drôte, pretože platina neovplyvňuje farbu plameňa a nezafarbuje ho.

Zdá sa, že metóda je dobrá, nie je potrebná zložitá chemická analýza, priveďte prvok do plameňa a jeho zloženie je okamžite viditeľné. Ale nebolo to tam. Látky sa v prírode vyskytujú len veľmi zriedkavo v čistej forme, zvyčajne obsahujú veľké množstvo rôznych nečistôt, ktoré menia farbu.

Bunsen vyskúšal rôzne metódy izolácie farieb a ich odtieňov. Skúsil som sa napríklad pozerať cez farebné sklo. Povedzme, že modré sklo zhasne žltú farbu produkovanú najbežnejšími sodnými soľami a dá sa rozpoznať karmínový alebo purpurový odtieň pôvodného prvku. Ale aj pomocou týchto trikov bolo možné určiť zloženie zložitého minerálu iba raz zo sto.

Toto je zaujímavé! Vzhľadom na vlastnosť atómov a molekúl vyžarovať svetlo určitej farby bola vyvinutá metóda zisťovania zloženia látok, tzv. spektrálna analýza. Vedci skúmajú spektrum, ktoré látka vyžaruje napríklad pri horení, porovnávajú ho so spektrami známych prvkov, a tak určujú jej zloženie.

Spaľovanie hliníka

Horenie hliníka na vzduchu

Na rozdiel od horčíka sa jednotlivé hliníkové častice nezapália pri zahriatí na vzduchu alebo vodnej pare na 2100 K. Na zapálenie hliníka boli použité horiace horčíkové častice. Tieto sa umiestnili na povrch vyhrievacieho prvku a hliníkové častice sa umiestnili na špičku ihly vo vzdialenosti 10 až 4 m nad prvým.

Keď sa hliníkové častice zapália, dôjde k vznieteniu v parnej fáze a intenzita žiariacej zóny, ktorá sa objaví okolo častice, sa pomaly zvyšuje. Stacionárne spaľovanie je charakterizované existenciou žeraviacej zóny, ktorá nemení svoju veľkosť, kým kov nie je takmer úplne vyhorený. Pomer veľkostí žiariacej zóny a častice je 1,6-1,9. V žiariacej zóne sa tvoria malé kvapôčky oxidu, ktoré sa pri zrážke spájajú.

Zvyšok po spálení častice je dutá škrupina, ktorá vo vnútri neobsahuje žiadny kov. Závislosť doby horenia častice od jej veľkosti vyjadruje vzorec (symetrické horenie).

Spaľovanie hliníka vo vodnej pare

K vznieteniu hliníka vo vodnej pare dochádza heterogénne. Vodík uvoľnený počas reakcie prispieva k deštrukcii oxidového filmu; v tomto prípade sa rozprašuje tekutý oxid hlinitý (alebo hydroxid) vo forme kvapiek s priemerom do 10-15 mikrónov. Takáto deštrukcia oxidovej škrupiny sa periodicky opakuje. To naznačuje, že značná časť kovu horí na povrchu častice.

Na začiatku spaľovania je pomer rsv /r 0 sa rovná 1,6-1,7. Počas spaľovacieho procesu sa veľkosť častíc zmenšuje a pomer gs/?o sa zvyšuje na 2,0 až 3,0. Rýchlosť horenia hliníkovej častice vo vodnej pare je takmer 5-krát vyššia ako vo vzduchu.

Spaľovanie zliatin hliníka a horčíka

Spaľovanie zliatin hliníka a horčíka na vzduchu

Zapálenie častíc zliatin hliníka a horčíka rôzneho zloženia vo vzduchu, zmesi kyslík-argón, vodná para a oxid uhličitý prebieha spravidla podobne ako zapálenie častíc horčíka. Začiatku vznietenia predchádzajú oxidačné reakcie prebiehajúce na povrchu.

Spaľovanie zliatin hliníka a horčíka sa výrazne líši od spaľovania hliníka aj horčíka a silne závisí od pomeru zložiek v zliatine a od parametrov oxidačného prostredia. Najdôležitejšou vlastnosťou spaľovania častíc zliatiny je dvojstupňový proces (obr. 2.6). V prvom stupni je častica obklopená sadou horákov, ktoré tvoria nerovnomernú zónu luminiscencie reakčných produktov. Porovnaním charakteru a veľkosti svetelnej zóny obklopujúcej časticu zliatiny počas prvého štádia spaľovania s povahou a veľkosťou svetelnej zóny okolo horiacej častice horčíka (pozri obr. 2.4) môžeme konštatovať, že v tejto fáze hlavne horčík vyhorí z častice.

Ryža. 2.6. Spaľovanie častice zliatiny 30 % Al + 70 % Mg pri normálnom atmosférickom tlaku v zmesi obsahujúcej 15 % obj. 2a 85 % Ar:

1, 2 – horčíkové vyhorenie; 3-6 – vyhorenie hliníka

Charakteristickým znakom prvého stupňa spaľovania zliatiny je stálosť veľkosti častíc a zóny plameňa. To znamená, že tekutá kvapka zliatiny je obsiahnutá v pevnom obale oxidu. Vo filme oxidu dominuje oxid horečnatý. Cez defekty filmu horčík vyteká a horí v plameni difúzie pary.

Na konci prvého stupňa sa zvyšuje výskyt heterogénnych reakcií, o čom svedčí výskyt ohnísk jasnej luminiscencie na povrchu častice. Teplo uvoľnené počas heterogénnych reakcií prispieva k zahrievaniu častice na teplotu topenia oxidu a začiatku druhého stupňa spaľovania.

V druhom štádiu horenia je častica obklopená rovnomernou, jasnejšou žiarou, ktorá sa zmenšuje, keď kov horí. Homogenita a sférickosť zóny plameňa naznačuje, že oxidový film na povrchu častice je roztavený. Difúziu kovu cez fóliu zabezpečuje nízky difúzny odpor tekutého oxidu. Veľkosť zóny plameňa výrazne prevyšuje veľkosť častíc, čo naznačuje spaľovanie kovu v plynnej fáze. Porovnanie charakteru druhého stupňa spaľovania so známym modelom spaľovania hliníka ukazuje na veľkú podobnosť, je pravdepodobné, že hliník v tomto štádiu procesu horí. Pri dohorení sa veľkosť plameňa a následne aj horiaca kvapka zmenšujú. Spálená častica dlho svieti.

Zmena veľkosti zóny žeravenia častice horiacej v súlade s popísaným mechanizmom je zložitá (obr. 2.7). Po zapálení hodnotu r St. /r 0 rýchlo (za -0,1 ms) dosiahne maximálnu hodnotu (odsek ab). Ďalej, počas hlavného času prvého stupňa spaľovania, pomer r St/ r 0 zostáva konštantná (sekcia bv). Keď horčíkové vyhorenie skončí, rživotopis/ r 0 sa zníži na minimum (bod G), a potom, so začiatkom spaľovania hliníka, sa zvyšuje (oddiel gd). Nakoniec, ale ako hliník vyhorí r St. /r 0 klesá monotónne (odsek de) na konečnú hodnotu zodpovedajúcu veľkosti vytvoreného oxidu.

Ryža. 2.7.:

1 – zliatina 30% Al + 70% Mg, vzduch; 2 – zliatina 30 % A1 + 70 % Mg, zmes 15 % O2 + 85 % Ar; 3 – zliatina 50% A1 + 50% Mg, vzduch

Mechanizmus a parametre spaľovacieho procesu zliatin hliníka a horčíka výrazne závisia od zloženia zliatiny. S poklesom obsahu horčíka v zliatine sa zmenšuje veľkosť žeraviacej zóny počas prvého stupňa horenia a dĺžka trvania tohto stupňa. Keď je obsah horčíka v zliatine nižší ako 30 %, proces zostáva dvojstupňovým procesom, ale stáva sa prerušovaným. Na konci prvého stupňa sa žeraviaca zóna zmenší na veľkosť samotnej častice, proces spaľovania sa zastaví a hliník vyhorí až po opätovnom zapálení častice. Častice, ktoré sa znovu nezapália, sú duté, porézne oxidové škrupiny obsahujúce vo vnútri kvapôčky nespáleného hliníka.

Závislosť doby horenia častíc od ich počiatočného priemeru je vyjadrená nasledujúcimi empirickými vzorcami:

Spaľovanie zliatin hliníka a horčíka v zmesiach kyslíka s argónom, vo vodnej pare a v oxide uhličitom.

Charakter spaľovania častíc zliatin hliníka a horčíka v zmesiach kyslík-argón je rovnaký ako vo vzduchu. S poklesom obsahu kyslíka sa veľkosť žiariacej zóny počas horenia horčíka výrazne znižuje. Závislosť doby horenia častíc zliatiny 50% Al + 50% Mg od veľkosti častíc a obsahu kyslíka v zmesi v objemových percentách vyjadruje vzorec

Spaľovanie zliatin vo vodnej pare je výrazne odlišné (obr. 2.8). Oxidový film vytvorený počas prvej fázy je zničený vodíkom a častica nadobúda vzhľad koralu. Hliník zostávajúci v korale sa vznieti len 1-10 ms po skončení prvého stupňa. Takáto prerušovanosť procesu je typická pre zliatiny akéhokoľvek zloženia.

Ryža. 2.8. Spaľovanie častíc zliatiny hliníka a horčíka (50:50) sférické(A) a nesprávne(b) tvorí vo vodnej pare pri normálnom atmosférickom tlaku:

1 – počiatočná častica; 2 – častica pred zapálením; 3 – horčíkové vyhorenie; 4 – vyhorenie hliníka; 5 – koral vytvorený po častici

Keď zliatiny hliníka a horčíka horia v oxide uhličitom, z častice vyhorí iba horčík, po ktorom sa proces spaľovania zastaví.

Spaľovanie zliatin hliníka a horčíka vo vysokoteplotnom plameni

Na štúdium procesu spaľovania kovových častíc pri vysokých teplotách bola pod časticou namontovanou na špičke ihly spálená lisovaná tableta zmesí chloristanu amónneho a hexamínu s vypočítanými teplotami horenia 2500, 2700 a 3100 K.

Spaľovanie častíc zliatin hliníka a horčíka za týchto podmienok nastáva spravidla s výbuchom. Prítomnosť výbuchu je typická pre častice všetkých zložení. V dôsledku výbuchu vzniká výrazná luminiscenčná zóna, ktorá je znakom prevahy horenia v plynnej fáze. Fotografie horiacej častice na začiatku horenia (obr. 2.9, A) ukazujú, že heterogénne reakcie prebiehajú po celom povrchu oxidovej škrupiny. Vplyvom tepla heterogénnych reakcií dochádza k rýchlemu vyparovaniu kovu (obr. 2.9, Obr. b), ktoré podporujú prasknutie obalu oxidu a striekanie neodparenej kvapky (obr. 2.9, V).

Ryža. 2.9. Spaľovanie 95% častíc zliatiny Al s 5% Mg v oxidačnom plameni (teplota 2700 K):

A– počiatočná fáza spaľovania; b– stacionárne spaľovanie; V- rozdelenie

Podľa B. G. Lrabeyho, S. E. Salibekova a Yu. V. Leninského je drvenie častíc zliatin hliníka a horčíka spôsobené veľmi veľkým rozdielom teplôt varu horčíka a hliníka, v dôsledku čoho dochádza k varu horčíka, keď častica je vo vysokoteplotnej zóne je výbušný a vedie k rozdrveniu zvyšného hliníka. Na explozívne horenie stačí už teplota 2500 K, čo je celkom prirodzené, keďže táto teplota presahuje bod varu oboch zložiek.

• Arabey B. G., Salibekov S. E., Levinsky Yu. V. Niektoré charakteristiky vznietenia a spaľovania kovového prachu // Prášková metalurgia. 1964. Číslo 3. S. 109-118.

Aby sme sformulovali zákony prebiehajúcich procesov, môžeme sa obmedziť na zváženie katiónov a vylúčiť anióny, pretože samy sa nezúčastňujú reakcie. (Rýchlosť depozície je však ovplyvnená typom aniónov.) Ak pre jednoduchosť predpokladáme, že uvoľnené aj rozpustené kovy sú dvojmocné, potom môžeme napísať:

Me 1 + Me 2 2+ => Me 1 2+ + Me 2

Navyše pre prvý experiment Me 1 = Fe, Me 2 = Cu. Proces teda pozostáva z výmeny nábojov (elektrónov) medzi atómami a iónmi oboch kovov. Ak samostatne uvažujeme (ako medzireakcie) rozpúšťanie železa alebo zrážanie medi, dostaneme:

Fe => Fe 2+ + 2е -
Сu 2+ + 2е - => Сu

Teraz zvážte prípad, keď je kov ponorený do vody alebo do soľného roztoku, s katiónom, ktorého výmena nie je možná kvôli jeho polohe v sérii napätia. Napriek tomu má kov tendenciu prechádzať do roztoku vo forme iónu. V tomto prípade atóm kovu odovzdá dva elektróny (ak je kov dvojmocný), povrch kovu ponorený do roztoku sa voči roztoku negatívne nabije a na rozhraní sa vytvorí dvojitá elektrická vrstva. Tento potenciálny rozdiel zabraňuje ďalšiemu rozpúšťaniu kovu, takže proces sa čoskoro zastaví. Ak sú dva rôzne kovy ponorené do roztoku, oba sa nabijú, ale ten menej aktívny bude o niečo slabší, pretože jeho atómy sú menej náchylné na stratu elektrónov. Spojme oba kovy vodičom. V dôsledku rozdielu potenciálov bude prúd elektrónov prúdiť z aktívnejšieho kovu k menej aktívnemu, ktorý tvorí kladný pól prvku. Dochádza k procesu, pri ktorom aktívnejší kov prechádza do roztoku a katióny z roztoku sa uvoľňujú na ušľachtilejšom kove.

Podstata galvanického článku

Ilustrujme teraz niekoľkými experimentmi vyššie uvedené trochu abstraktné uvažovanie (ktoré navyše predstavuje hrubé zjednodušenie).

Najprv naplňte 250 ml kadičku do stredu 10% roztokom kyseliny sírovej a ponorte do nej nie príliš malé kúsky zinku a medi. Na obe elektródy prispájkujeme alebo prinitujeme medený drôt, ktorého konce by sa nemali dotýkať roztoku.

Pokiaľ konce drôtu nie sú navzájom spojené, budeme pozorovať rozpúšťanie zinku, ktoré je sprevádzané uvoľňovaním vodíka. Zinok, ako vyplýva z napäťového radu, je aktívnejší ako vodík, takže kov môže vytesniť vodík z iónového stavu. Na oboch kovoch sa vytvorí elektrická dvojitá vrstva. Najjednoduchší spôsob, ako zistiť potenciálny rozdiel medzi elektródami, je pomocou voltmetra. Ihneď po pripojení zariadenia k obvodu bude šípka ukazovať približne 1 V, ale potom napätie rýchlo klesne. Ak k prvku pripojíte malú žiarovku, ktorá spotrebuje 1 V, rozsvieti sa - najskôr dosť silno a potom žiara zoslabne.

Na základe polarity svoriek zariadenia môžeme konštatovať, že medená elektróda je kladný pól. Dá sa to dokázať bez prístroja zvážením elektrochémie procesu. Do malej kadičky alebo skúmavky si pripravíme nasýtený roztok kuchynskej soli, pridáme asi 0,5 ml liehového roztoku fenolftaleínového indikátora a do roztoku ponoríme obe elektródy uzavreté drôtom. V blízkosti negatívneho pólu bude pozorovaná slabá červenkastá farba, ktorá je spôsobená tvorbou hydroxidu sodného na katóde.

V iných experimentoch je možné umiestniť rôzne páry kovov do článku a určiť výsledné napätie. Napríklad horčík a striebro poskytnú obzvlášť veľký potenciálny rozdiel v dôsledku značnej vzdialenosti medzi nimi a sériou napätí, zatiaľ čo zinok a železo naopak veľmi malý, menej ako desatina voltu. Použitím hliníka nedostaneme prakticky žiadny prúd kvôli pasivácii.

Všetky tieto prvky, alebo, ako hovoria elektrochemici, obvody majú tú nevýhodu, že pri meraní prúdu na nich veľmi rýchlo klesá napätie. Preto elektrochemici metódou vždy merajú skutočnú hodnotu napätia v stave bez napätia kompenzácia napätia, teda porovnaním s napätím iného zdroja prúdu.

Pozrime sa na procesy v prvku medi a zinku trochu podrobnejšie. Na katóde prechádza zinok do roztoku podľa nasledujúcej rovnice:

Zn => Zn 2+ + 2e -

Na medenej anóde sa uvoľňujú vodíkové ióny kyseliny sírovej. Pripájajú elektróny prichádzajúce cez drôt zo zinkovej katódy a v dôsledku toho sa vytvárajú vodíkové bubliny:

2Н + + 2е - => Н 2

Po krátkom čase bude meď pokrytá tenkou vrstvou vodíkových bublín. V tomto prípade sa medená elektróda zmení na vodíkovú a potenciálny rozdiel sa zníži. Tento proces sa nazýva polarizácia elektróda. Polarizáciu medenej elektródy je možné eliminovať pridaním malého množstva roztoku dvojchrómanu draselného do článku po poklese napätia. Potom sa napätie opäť zvýši, pretože dvojchróman draselný oxiduje vodík na vodu. Dvojchróman draselný pôsobí v tomto prípade ako depolarizátor

V praxi sa používajú galvanické obvody, ktorých elektródy nie sú polarizované, alebo obvody, ktorých polarizáciu je možné eliminovať pridaním depolarizátorov.

Ako príklad nepolarizovateľného prvku uvažujme prvok Daniel, ktorý sa v minulosti často používal ako prúdový zdroj. Toto je tiež meď-zinkový prvok, ale oba kovy sú ponorené do rôznych roztokov. Zinková elektróda je umiestnená v pórovitej hlinenej komore naplnenej zriedenou (asi 20%) kyselinou sírovou. Hlinená bunka je suspendovaná vo veľkom skle obsahujúcom koncentrovaný roztok síranu meďnatého a na dne je vrstva kryštálov síranu meďnatého. Druhá elektróda v tejto nádobe je valec vyrobený z medeného plechu.

Tento prvok môže byť vyrobený zo sklenenej nádoby, komerčne dostupnej hlinenej bunky (v extrémnych prípadoch používame kvetináč, ktorý uzatvára dieru na dne) a dvoch elektród vhodnej veľkosti.

Počas prevádzky článku sa zinok rozpúšťa za vzniku síranu zinočnatého a na medenej elektróde sa uvoľňuje kovová meď. Ale zároveň medená elektróda nie je polarizovaná a prvok produkuje napätie asi 1 V. V skutočnosti je teoreticky napätie na svorkách 1,10 V, ale pri odbere prúdu nameriame o niečo nižšiu hodnotu kvôli el. odpor bunky.

Ak neodstránime prúd z prvku, musíme z roztoku kyseliny sírovej odstrániť zinkovú elektródu, pretože inak sa rozpustí za vzniku vodíka.

Schéma jednoduchej bunky, ktorá nevyžaduje poréznu priečku, je znázornená na obrázku. Zinková elektróda je umiestnená v hornej časti sklenenej nádoby a medená elektróda je umiestnená v blízkosti spodnej časti. Celá bunka je naplnená nasýteným roztokom kuchynskej soli. Na dno nádoby položte hrsť kryštálov síranu meďnatého. Výsledný koncentrovaný roztok síranu meďnatého sa bude miešať s roztokom stolovej soli veľmi pomaly. Preto pri prevádzke článku sa na medenej elektróde uvoľňuje meď a zinok sa rozpúšťa vo forme síranu alebo chloridu v hornej časti článku.

V súčasnosti sa používajú takmer výlučne na batérie. suché prvky, ktoré sú pohodlnejšie na použitie. Ich predkom je prvok Leclanche. Elektródy sú zinkový valec a uhlíková tyč. Elektrolyt je pasta, ktorá pozostáva hlavne z chloridu amónneho. Zinok sa rozpúšťa v paste a na uhlí sa uvoľňuje vodík. Aby sa zabránilo polarizácii, uhlíková tyč sa ponorí do plátenného vrecka obsahujúceho zmes uhoľného prášku a pyrolusitu. Uhlíkový prášok zväčšuje povrch elektródy a pyrolusit pôsobí ako depolarizátor a pomaly oxiduje vodík. Je pravda, že depolarizačná schopnosť pyrolusitu je slabšia ako u vyššie uvedeného dvojchrómanu draselného. Preto, keď je prúd prijímaný v suchých prvkoch, napätie rýchlo klesá, „unavujú“ kvôli polarizácii. Až po určitom čase dochádza k oxidácii vodíka pyroluzitom. Prvky teda „odpočívajú“, ak nejaký čas neprechádza žiadny prúd. Skontrolujeme to na batérii baterky, ku ktorej pripojíme žiarovku. Voltmeter pripájame paralelne k svietidlu, to znamená priamo na svorky. Najprv bude napätie asi 4,5 V. (Najčastejšie majú takéto batérie zapojené tri články do série, každý s teoretickým napätím 1,48 V.) Po určitom čase napätie klesne a žiara žiarovky oslabiť. Na základe údajov z voltmetra môžeme posúdiť, ako dlho potrebuje batéria odpočívať.

Špeciálne miesto zaujímajú regeneračné prvky známe ako batérie. Prechádzajú reverzibilnými reakciami a po vybití článku je možné ich dobíjať pripojením k externému zdroju jednosmerného prúdu.

V súčasnosti sú najbežnejšie olovené batérie; Elektrolytom v nich je zriedená kyselina sírová, do ktorej sú ponorené dve olovené platne. Kladná elektróda je pokrytá peroxidom olovnatým PbO 2 (moderný názov je oxid olovnatý), záporná elektróda je kovové olovo. Napätie na svorkách je približne 2,1 V. Pri vybíjaní sa na oboch platniach tvorí síran olovnatý, ktorý sa pri nabíjaní opäť mení na kovové olovo a peroxid olovnatého.