A digjet alumini në zjarr të hapur? Si të merrni një ngjyrë të barabartë flakë? Djegia e lidhjeve alumin-magnez në ajër

Nuk është e vështirë të merret me mend se nuanca e një flake përcaktohet nga kimikatet që digjen në të, nëse ekspozimi ndaj temperaturës së lartë çliron atome individuale të substancave të djegshme, duke ngjyrosur zjarrin. Për të përcaktuar efektin e substancave në ngjyrën e zjarrit, u kryen eksperimente të ndryshme, të cilat do t'i diskutojmë më poshtë.

Që nga kohërat e lashta, alkimistët dhe shkencëtarët janë përpjekur të zbulojnë se cilat substanca digjen, në varësi të ngjyrës që merr flaka.

Flakët e ngrohësve dhe sobave me gaz, të disponueshme në të gjitha shtëpitë dhe apartamentet, kanë një nuancë blu. Kur digjet, kjo hije prodhohet nga karboni, monoksidi i karbonit. Ngjyra e verdhë-portokalli e flakës së zjarrit që ndizet në pyll, ose e shkrepseve shtëpiake, është për shkak të përmbajtjes së lartë të kripërave të natriumit në dru natyral. Kryesisht falë kësaj - e kuqe. Flaka e djegësit të sobës me gaz do të marrë të njëjtën ngjyrë nëse e spërkatni me kripë të zakonshme të tryezës. Kur bakri digjet, flaka do të jetë e gjelbër. Mendoj se keni vënë re se kur vishni një unazë ose zinxhir prej bakri të zakonshëm që nuk është i veshur me një përbërës mbrojtës për një kohë të gjatë, lëkura bëhet e gjelbër. E njëjta gjë ndodh gjatë procesit të djegies. Nëse përmbajtja e bakrit është e lartë, shfaqet një dritë jeshile shumë e ndritshme, pothuajse identike me të bardhën. Kjo mund të shihet nëse spërkatni copa bakri në një djegës me gaz.

Shumë eksperimente janë kryer duke përdorur një djegës të zakonshëm gazi dhe minerale të ndryshme. Në këtë mënyrë u përcaktua përbërja e tyre. Ju duhet ta merrni mineralin me piskatore dhe ta vendosni në flakë. Ngjyra që merr zjarri mund të tregojë papastërtitë e ndryshme të pranishme në element. Një flakë e gjelbër dhe nuancat e saj tregojnë praninë e bakrit, bariumit, molibdenit, antimonit dhe fosforit. Bori prodhon një ngjyrë blu-jeshile. Seleni i jep flakës një nuancë blu. Flaka është me ngjyrë të kuqe në prani të stronciumit, litiumit dhe kalciumit, dhe vjollcës - kaliumit. Ngjyra e verdhë-portokalli prodhohet kur natriumi digjet.

Studimet e mineraleve për të përcaktuar përbërjen e tyre kryhen duke përdorur një djegës Bunsen. Ngjyra e flakës së saj është e njëtrajtshme dhe e pangjyrë; ajo nuk ndërhyn në rrjedhën e eksperimentit. Bunsen shpiku djegësin në mesin e shekullit të 19-të.

Ai doli me një metodë që lejon dikë të përcaktojë përbërjen e një lënde me hijen e flakës. Shkencëtarët ishin përpjekur të kryenin eksperimente të ngjashme para tij, por ata nuk kishin një djegës Bunsen, flaka e pangjyrë e të cilit nuk ndërhynte në ecurinë e eksperimentit. Ai vendosi elementë të ndryshëm në një tel platini në zjarrin e djegies, pasi kur shtohet ky metal, flaka nuk merr ngjyrë. Në shikim të parë, metoda duket e mirë; analiza kimike intensive e punës mund të shpërndahet. Thjesht duhet ta sillni elementin në zjarr dhe të shihni se nga çfarë përbëhet. Por substancat në formën e tyre të pastër mund të gjenden jashtëzakonisht rrallë në natyrë. Zakonisht ato përmbajnë sasi të mëdha të papastërtive të ndryshme që ndryshojnë ngjyrën e flakës.

Bunsen u përpoq të nxjerrë në pah ngjyrat dhe nuancat duke përdorur metoda të ndryshme. Për shembull, duke përdorur xhami me ngjyrë. Le të themi se nëse shikoni përmes xhamit blu, nuk do të shihni ngjyrën e verdhë që kthehet zjarri kur digjen kripërat më të zakonshme të natriumit. Pastaj nuanca jargavan ose e kuqërremtë e elementit të dëshiruar bëhet e dallueshme. Por edhe truket e tilla çuan në përcaktimin e saktë të përbërjes së një minerali kompleks në raste shumë të rralla. Kjo teknologji nuk mund të arrinte më shumë.

Në ditët e sotme, një pishtar i tillë përdoret vetëm për bashkim.

Flakët vijnë në ngjyra të ndryshme. Shikoni në oxhak. Flakët e verdha, portokallia, të kuqe, të bardha dhe blu kërcejnë mbi trungje. Ngjyra e saj varet nga temperatura e djegies dhe materiali i djegshëm. Për ta vizualizuar këtë, imagjinoni spiralen e një sobë elektrike. Nëse pllaka është e fikur, kthesat spirale janë të ftohta dhe të zeza. Le të themi se keni vendosur të ngrohni supën dhe të ndizni sobën. Në fillim spiralja bëhet e kuqe e errët. Sa më e lartë të rritet temperatura, aq më e ndritshme është ngjyra e kuqe e spirales. Kur pllaka arrin temperaturën e saj maksimale, spiralja kthehet në të kuqe portokalli.

Natyrisht, spiralja nuk digjet. Ti nuk e sheh flakën. Ajo është shumë e nxehtë. Nëse e ngrohni më tej, ngjyra do të ndryshojë. Së pari, ngjyra e spirales do të bëhet e verdhë, më pas e bardhë, dhe kur të nxehet edhe më shumë, një shkëlqim blu do të burojë prej saj.

Diçka e ngjashme ndodh me zjarrin. Le të marrim një qiri si shembull. Zona të ndryshme të flakës së qiririt kanë temperatura të ndryshme. Zjarri ka nevojë për oksigjen. Nëse mbuloni një qiri me një kavanoz qelqi, zjarri do të fiket. Zona qendrore e flakës së qiririt ngjitur me fitil konsumon pak oksigjen dhe duket e errët. Zonat e sipërme dhe anësore të flakës marrin më shumë oksigjen, kështu që këto zona janë më të ndritshme. Ndërsa flaka lëviz nëpër fitil, dylli shkrihet dhe kërcitet, duke u thyer në grimca të vogla karboni. (Qymyri gjithashtu përbëhet nga karboni.) Këto grimca barten lart nga flaka dhe digjen. Ata janë shumë të nxehtë dhe shkëlqejnë si spiralja e pllakës suaj. Por grimcat e karbonit janë shumë më të nxehta se spiralja e pllakës më të nxehtë (temperatura e djegies së karbonit është afërsisht 1400 gradë Celsius). Prandaj, shkëlqimi i tyre është i verdhë. Pranë fitilit që digjet, flaka është edhe më e nxehtë dhe shkëlqen blu.

Flakët e një oxhaku ose zjarri janë kryesisht të larmishme në pamje. Druri digjet në një temperaturë më të ulët se një fitil qiri, kështu që ngjyra bazë e zjarrit është portokalli dhe jo e verdhë. Disa grimca karboni në një flakë zjarri kanë një temperaturë mjaft të lartë. Ka pak prej tyre, por i japin një nuancë të verdhë flakës. Grimcat e ftohura të karbonit të nxehtë janë blozë që vendosen në oxhaqe. Temperatura e djegies së drurit është më e ulët se temperatura e djegies së një qiri. Kalciumi, natriumi dhe bakri, kur nxehen në temperatura të larta, shkëlqejnë me ngjyra të ndryshme. Ato i shtohen pluhurit të raketës për të ngjyrosur dritat e fishekzjarreve të festave.

Ngjyra e flakës dhe përbërja kimike

Ngjyra e flakës mund të ndryshojë në varësi të papastërtive kimike që gjenden në trungje ose substanca të tjera të ndezshme. Flaka mund të përmbajë, për shembull, papastërti natriumi.

Edhe në kohët e lashta, shkencëtarët dhe alkimistët u përpoqën të kuptonin se çfarë lloj substancash digjeshin në zjarr, në varësi të ngjyrës së zjarrit.

• Natriumi është një përbërës i kripës së tryezës. Kur natriumi nxehet, ai kthehet në të verdhë të ndezur.
• Kalciumi mund të lëshohet në zjarr. Të gjithë e dimë se qumështi përmban shumë kalcium. Është metal. Kalciumi i nxehtë kthehet në të kuqe të ndezur.
• Nëse fosfori digjet në zjarr, flaka do të bëhet e gjelbër. Të gjithë këta elementë ose përmbahen në dru ose futen në zjarr me substanca të tjera.
• Pothuajse të gjithë në shtëpi kanë soba me gaz ose ngrohës uji, flakët e të cilave kanë ngjyrë blu. Kjo është për shkak të karbonit të djegshëm, monoksidit të karbonit, i cili i jep këtë hije.

Përzierja e ngjyrave të një flake, si përzierja e ngjyrave të një ylberi, mund të prodhojë të bardhë, kjo është arsyeja pse zonat e bardha janë të dukshme në flakët e zjarrit ose oxhakut.

Temperatura e flakës kur digjen disa substanca:

Si të merrni një ngjyrë të barabartë flakë?

Për të studiuar mineralet dhe për të përcaktuar përbërjen e tyre, përdoret ndezës Bunsen, duke dhënë një ngjyrë flake të njëtrajtshme, të pangjyrë që nuk ndërhyn në rrjedhën e eksperimentit, të shpikur nga Bunsen në mesin e shekullit të 19-të.

Bunsen ishte një adhurues i flaktë i elementit të zjarrit dhe shpesh ngacmohej me flakët. Hobi i tij ishte fryrja e xhamit. Duke fryrë nga xhami dizajne dhe mekanizma të ndryshëm dinakë, Bunsen nuk mund ta dallonte dhimbjen. Kishte raste kur gishtat e tij të kallosë filluan të tymosnin nga xhami i nxehtë, ende i butë, por ai nuk i kushtonte vëmendje. Nëse dhimbja kishte shkuar tashmë përtej pragut të ndjeshmërisë, atëherë ai shpëtoi veten duke përdorur metodën e tij - ai shtypi fort llapën e veshit me gishtat e tij, duke ndërprerë një dhimbje me një tjetër.

Ishte ai që ishte themeluesi i metodës së përcaktimit të përbërjes së një substance nga ngjyra e flakës. Sigurisht, para tij, shkencëtarët u përpoqën të kryenin eksperimente të tilla, por ata nuk kishin një djegës Bunsen me një flakë të pangjyrë që nuk ndërhynte në eksperiment. Ai futi elementë të ndryshëm në tela platini në flakën e djegies, pasi platini nuk ndikon në ngjyrën e flakës dhe nuk e ngjyros atë.

Duket se metoda është e mirë, nuk ka nevojë për analiza komplekse kimike; vendoseni elementin në flakë dhe përbërja e tij është menjëherë e dukshme. Por nuk ishte aty. Shumë rrallë substancat gjenden në natyrë në formën e tyre të pastër; ato zakonisht përmbajnë një gamë të madhe papastërtish të ndryshme që ndryshojnë ngjyrën.

Bunsen provoi metoda të ndryshme për të izoluar ngjyrat dhe nuancat e tyre. Për shembull, u përpoqa të shikoja përmes xhamit me ngjyrë. Le të themi, qelqi blu shuan ngjyrën e verdhë të prodhuar nga kripërat më të zakonshme të natriumit dhe mund të dallohet një nuancë e kuqe ose vjollcë e elementit vendas. Por edhe me ndihmën e këtyre trukeve, ishte e mundur të përcaktohej përbërja e një minerali kompleks vetëm një herë në njëqind.

Kjo eshte interesante! Për shkak të vetive të atomeve dhe molekulave për të lëshuar dritë të një ngjyre të caktuar, u zhvillua një metodë për përcaktimin e përbërjes së substancave, e cila quhet analiza spektrale. Shkencëtarët studiojnë spektrin që lëshon një substancë, për shembull, kur digjet, e krahasojnë atë me spektrat e elementeve të njohur dhe kështu përcaktojnë përbërjen e saj.

Djegia e aluminit

Alumini që digjet në ajër

Ndryshe nga magnezi, grimcat e vetme të aluminit nuk ndizen kur nxehen në ajër ose avujt e ujit në 2100 K. Grimcat e djegura të magnezit u përdorën për të ndezur aluminin. Këto të fundit vendoseshin në sipërfaqen e elementit ngrohës dhe grimcat e aluminit vendoseshin në majën e gjilpërës në një distancë 10-4 m mbi të parën.

Kur grimcat e aluminit ndizen, ndezja ndodh në fazën e avullit dhe intensiteti i zonës së shkëlqimit që shfaqet rreth grimcës rritet ngadalë. Djegia e palëvizshme karakterizohet nga ekzistenca e një zone ndriçimi, e cila nuk ndryshon madhësinë e saj derisa metali të digjet pothuajse plotësisht. Raporti i madhësive të zonës së shkëlqimit dhe grimcave është 1.6-1.9. Në zonën e shkëlqimit, formohen pika të vogla oksidi, të cilat bashkohen pas përplasjes.

Mbetja pas djegies së grimcave është një guaskë e zbrazët që nuk përmban metal brenda. Varësia e kohës së djegies së një grimce nga madhësia e saj shprehet me formulën (djegie simetrike).

Djegia e aluminit në avujt e ujit

Ndezja e aluminit në avujt e ujit ndodh në mënyrë heterogjene. Hidrogjeni i çliruar gjatë reaksionit kontribuon në shkatërrimin e filmit të oksidit; në këtë rast, oksidi i lëngshëm i aluminit (ose hidroksidi) spërkatet në formën e pikave me një diametër deri në 10-15 mikronë. Një shkatërrim i tillë i guaskës së oksidit përsëritet periodikisht. Kjo sugjeron që një pjesë e konsiderueshme e metalit digjet në sipërfaqen e grimcave.

Në fillim të djegies, raporti rsv /r 0 është 1.6-1.7. Gjatë procesit të djegies, madhësia e grimcave zvogëlohet dhe raporti gs/?o rritet në 2.0-3.0. Shkalla e djegies së një grimce alumini në avujt e ujit është pothuajse 5 herë më e madhe se në ajër.

Djegia e lidhjeve alumin-magnez

Djegia e lidhjeve alumin-magnez në ajër

Ndezja e grimcave të lidhjeve të aluminit-magnezit me përbërje të ndryshueshme në ajër, përzierjet e oksigjenit-argonit, avullit të ujit dhe dioksidit të karbonit ndodh, si rregull, i ngjashëm me ndezjen e grimcave të magnezit. Fillimi i ndezjes paraprihet nga reaksionet oksiduese që ndodhin në sipërfaqe.

Djegia e lidhjeve alumin-magnez ndryshon ndjeshëm nga djegia e aluminit dhe magnezit dhe varet fuqishëm nga raporti i përbërësve në aliazh dhe nga parametrat e mjedisit oksidues. Tipari më i rëndësishëm i djegies së grimcave të aliazhit është procesi me dy faza (Fig. 2.6). Në fazën e parë, grimca është e rrethuar nga një grup pishtarësh, duke formuar një zonë jo uniforme të ndriçimit të produkteve të reaksionit. Duke krahasuar natyrën dhe madhësinë e zonës ndriçuese që rrethon grimcën e aliazhit gjatë fazës së parë të djegies me natyrën dhe madhësinë e zonës ndriçuese rreth grimcës së djegur të magnezit (shih Fig. 2.4), mund të konkludojmë se në këtë fazë, kryesisht magnezi digjet nga grimca.

Oriz. 2.6. Djegia e një grimce aliazh prej 30% Al + 70% Mg në presion normal atmosferik në një përzierje që përmban 15% O në vëllim 2dhe 85% Ar:

1, 2 – djegia e magnezit; 3-6 – djegia e aluminit

Një tipar i fazës së parë të djegies së aliazhit është qëndrueshmëria e madhësisë së grimcave dhe zonës së flakës. Kjo do të thotë që pika e lëngshme e aliazhit përmbahet brenda një guaske të ngurtë oksidi. Filmi i oksidit dominohet nga oksidi i magnezit. Përmes defekteve të filmit, magnezi rrjedh jashtë, duke u djegur në një flakë difuzioni në fazën e avullit.

Në fund të fazës së parë, shfaqja e reaksioneve heterogjene rritet, siç dëshmohet nga shfaqja e vatrave të luminescencës së ndritshme në sipërfaqen e grimcës. Nxehtësia e lëshuar gjatë reaksioneve heterogjene kontribuon në ngrohjen e grimcave në pikën e shkrirjes së oksidit dhe fillimin e fazës së dytë të djegies.

Në fazën e dytë të djegies, grimca rrethohet nga një zonë shkëlqimi uniforme, më e ndritshme, e cila zvogëlohet ndërsa metali digjet. Homogjeniteti dhe sfericiteti i zonës së flakës tregon se filmi oksid në sipërfaqen e grimcës është i shkrirë. Difuzioni i metalit përmes filmit sigurohet nga rezistenca e ulët e difuzionit të oksidit të lëngshëm. Madhësia e zonës së flakës tejkalon ndjeshëm madhësinë e grimcave, gjë që tregon djegien e metalit në fazën e avullit. Krahasimi i natyrës së fazës së dytë të djegies me modelin e njohur të djegies së aluminit tregon një ngjashmëri të madhe; ka të ngjarë që alumini të digjet në këtë fazë të procesit. Ndërsa digjet, madhësia e flakës dhe, rrjedhimisht, pika e djegies zvogëlohet. Grimca e djegur shkëlqen për një kohë të gjatë.

Ndryshimi i madhësisë së zonës së shkëlqimit të grimcave që digjen në përputhje me mekanizmin e përshkruar është kompleks (Fig. 2.7). Pas ndezjes vlera r St. /r 0 shpejt (në -0,1 ms) arrin vlerën maksimale (seksioni ab). Më tej, gjatë kohës kryesore të fazës së parë të djegies, raporti r St/ r 0 mbetet konstante (seksioni bv). Kur mbaron djegia e magnezit, r cv/ r 0 reduktohet në minimum (pika G), dhe më pas, me fillimin e djegies së aluminit, rritet (seksioni gd). Më në fund, por pasi alumini digjet r St. /r 0 zvogëlohet në mënyrë monotonike (seksioni de) në një vlerë përfundimtare që korrespondon me madhësinë e oksidit të formuar.

Oriz. 2.7.:

1 – aliazh 30% Al + 70% Mg, ajër; 2 – aliazh 30% A1 + 70% Mg, përzierje 15% O2 + 85% Ar; 3 – aliazh 50% A1 + 50% Mg, ajër

Mekanizmi dhe parametrat e procesit të djegies së lidhjeve alumini-magnez varen ndjeshëm nga përbërja e lidhjes. Me një ulje të përmbajtjes së magnezit në aliazh, madhësia e zonës së shkëlqimit gjatë fazës së parë të djegies dhe kohëzgjatja e kësaj faze zvogëlohet. Kur përmbajtja e magnezit në aliazh është më pak se 30%, procesi mbetet një proces me dy faza, por bëhet i ndërprerë. Në fund të fazës së parë, zona e shkëlqimit zvogëlohet në madhësinë e vetë grimcës, procesi i djegies ndalet dhe alumini digjet vetëm pasi grimca të rindezet. Grimcat që nuk ndizen më janë predha të zbrazëta, poroze oksidi që përmbajnë pika alumini të padjegur brenda.

Varësia e kohës së djegies së grimcave nga diametri i tyre fillestar shprehet me formulat e mëposhtme empirike:

Djegia e lidhjeve alumin-magnez në përzierjet e oksigjenit me argon, në avujt e ujit dhe në dioksid karboni.

Natyra e djegies së grimcave të lidhjeve alumini-magnez në përzierjet oksigjen-argon është e njëjtë si në ajër. Me një ulje të përmbajtjes së oksigjenit, madhësia e zonës së shkëlqimit gjatë djegies së magnezit zvogëlohet ndjeshëm. Varësia e kohës së djegies së grimcave të aliazhit 50% Al + 50% Mg nga madhësia e grimcave dhe përmbajtja e oksigjenit në përzierje në përqindje vëllimi shprehet me formulën

Djegia e lidhjeve në avujt e ujit është dukshëm e ndryshme (Fig. 2.8). Filmi oksid i formuar gjatë fazës së parë shkatërrohet nga hidrogjeni dhe grimca merr pamjen e koralit. Alumini i mbetur në koral ndizet vetëm 1-10 ms pas përfundimit të fazës së parë. Një ndërprerje e tillë e procesit është tipike për lidhjet e çdo përbërjeje.

Oriz. 2.8. Djegia e grimcave të aliazhit alumin-magnez (50:50) sferike(A) dhe gabim(b) Formohet në avujt e ujit në presion normal atmosferik:

1 – grimca fillestare; 2 – grimca para ndezjes; 3 – djegia e magnezit; 4 – djegia e aluminit; 5 – korali i formuar pas grimcës

Kur lidhjet alumin-magnez digjen në dioksid karboni, vetëm magnezi digjet nga grimca, pas së cilës procesi i djegies ndalet.

Djegia e lidhjeve alumin-magnez në një flakë me temperaturë të lartë

Për të studiuar procesin e djegies së grimcave metalike në temperatura të larta, një tabletë e shtypur e përzierjeve të perkloratit të amonit dhe heksaminës, duke llogaritur temperaturat e djegies prej 2500, 2700 dhe 3100 K, u dogj nën një grimcë të montuar në majën e një gjilpëre.

Djegia e grimcave të lidhjeve alumini-magnez në këto kushte ndodh, si rregull, me një shpërthim. Prania e një shpërthimi është tipike për grimcat e të gjitha përbërjeve. Si rezultat i shpërthimit, formohet një zonë e rëndësishme lumineshence, e cila është një shenjë e mbizotërimit të djegies së fazës së avullit. Fotografitë e një grimce që digjet në fillim të djegies (Fig. 2.9, A) tregojnë se reaksionet heterogjene ndodhin në të gjithë sipërfaqen e shtresës së oksidit. Për shkak të nxehtësisë së reaksioneve heterogjene, ndodh avullimi i shpejtë i metalit (Fig. 2.9, b), duke nxitur këputjen e guaskës së oksidit dhe spërkatjen e pikës së paavulluar (Fig. 2.9, V).

Oriz. 2.9. Djegia e grimcave aliazh Al 95%. me 5% Mg në flakë oksiduese (temperatura 2700 K):

A- faza fillestare e djegies; b- djegia e palëvizshme; V- duke u ndarë

Sipas B. G. Lrabey, S. E. Salibekov dhe Yu. V. Leninsky, thërrmimi i grimcave të lidhjeve alumin-magnez shkaktohet nga një ndryshim shumë i madh në temperaturat e vlimit të magnezit dhe aluminit, si rezultat i të cilit zierja e magnezit kur grimca është në një zonë me temperaturë të lartë është shpërthyese dhe çon në shtypjen e aluminit të mbetur. Një temperaturë prej 2500 K tashmë është e mjaftueshme që të ndodhë djegia shpërthyese, gjë që është krejt e natyrshme, pasi kjo temperaturë tejkalon pikën e vlimit të të dy komponentëve.

• Arabey B. G., Salibekov S. E., Levinsky Yu. V. Disa karakteristika të ndezjes dhe djegies së pluhurit metalik // Metalurgjia e pluhurit. 1964. Nr 3. F. 109-118.

Për të formuluar ligjet e proceseve në vazhdim, ne mund të kufizohemi në marrjen në konsideratë të kationeve dhe të përjashtojmë anionet, pasi ato vetë nuk marrin pjesë në reagim. (Sidoqoftë, shpejtësia e depozitimit ndikohet nga lloji i anioneve.) Nëse, për thjeshtësi, supozojmë se si metalet e çliruara ashtu edhe ato të tretura janë dyvalente, atëherë mund të shkruajmë:

Unë 1 + Unë 2 2+ => Unë 1 2+ + Unë 2

Për më tepër, për eksperimentin e parë Me 1 = Fe, Me 2 = Cu. Pra, procesi konsiston në shkëmbimin e ngarkesave (elektroneve) midis atomeve dhe joneve të të dy metaleve. Nëse marrim veçmas (si reaksione të ndërmjetme) tretjen e hekurit ose precipitimin e bakrit, fitojmë:

Fe => Fe 2+ + 2e -
Сu 2+ + 2е - => Сu

Tani merrni parasysh rastin kur një metal është zhytur në ujë ose në një tretësirë ​​kripe, me një kation shkëmbimi i të cilit është i pamundur për shkak të pozicionit të tij në serinë e stresit. Përkundër kësaj, metali tenton të hyjë në tretësirë ​​në formën e një joni. Në këtë rast, atomi i metalit heq dorë nga dy elektrone (nëse metali është dyvalent), sipërfaqja e metalit të zhytur në tretësirë ​​bëhet e ngarkuar negativisht në lidhje me tretësirën dhe një shtresë elektrike e dyfishtë formohet në ndërfaqe. Ky ndryshim potencial parandalon shpërbërjen e mëtejshme të metalit, në mënyrë që procesi të ndalojë shpejt. Nëse dy metale të ndryshme zhyten në një tretësirë, të dy do të ngarkohen, por më pak aktivi do të jetë disi më i dobët, për faktin se atomet e tij janë më pak të prirur për të humbur elektrone. Le t'i lidhim të dy metalet me një përcjellës. Për shkak të ndryshimit potencial, një rrjedhë elektronesh do të rrjedhë nga metali më aktiv në atë më pak aktiv, i cili formon polin pozitiv të elementit. Ndodh një proces në të cilin metali më aktiv kalon në tretësirë ​​dhe kationet nga tretësira lirohen në metalin më fisnik.

Thelbi i një qelize galvanike

Le të ilustrojmë tani me disa eksperimente arsyetimin disi abstrakt të dhënë më sipër (i cili, për më tepër, paraqet një thjeshtësim bruto).

Fillimisht, mbushni një gotë 250 ml deri në mes me një tretësirë ​​10% të acidit sulfurik dhe zhytni në të copa jo shumë të vogla zinku dhe bakri. Ne lidhim ose thumbajmë tela bakri në të dy elektrodat, skajet e të cilave nuk duhet të prekin tretësirën.

Për sa kohë që skajet e telit nuk janë të lidhura me njëri-tjetrin, do të vëzhgojmë shpërbërjen e zinkut, i cili shoqërohet me çlirimin e hidrogjenit. Zinku, siç vijon nga seria e tensionit, është më aktiv se hidrogjeni, kështu që metali mund të zhvendosë hidrogjenin nga gjendja jonike. Një shtresë elektrike e dyfishtë është formuar në të dy metalet. Mënyra më e lehtë për të zbuluar ndryshimin e potencialit midis elektrodave është me një voltmetër. Menjëherë pas lidhjes së pajisjes me qarkun, shigjeta do të tregojë afërsisht 1 V, por më pas voltazhi do të bjerë shpejt. Nëse lidhni një llambë të vogël që konsumon 1 V me elementin, ajo do të ndizet - në fillim mjaft fort, dhe më pas shkëlqimi do të bëhet i dobët.

Bazuar në polaritetin e terminaleve të pajisjes, mund të konkludojmë se elektroda e bakrit është poli pozitiv. Kjo mund të vërtetohet pa një pajisje duke marrë parasysh elektrokiminë e procesit. Le të përgatisim një tretësirë ​​të ngopur të kripës së tryezës në një gotë të vogël ose epruvetë, të shtojmë rreth 0,5 ml tretësirë ​​alkooli të treguesit të fenolftaleinës dhe të zhysim të dyja elektroda të mbyllura me tel në tretësirë. Pranë polit negativ do të vërehet një ngjyrë e zbehtë e kuqërremtë, e cila shkaktohet nga formimi i hidroksidit të natriumit në katodë.

Në eksperimente të tjera, mund të vendosni çifte të ndryshme metalesh në një qelizë dhe të përcaktoni tensionin që rezulton. Për shembull, magnezi dhe argjendi do të japin një ndryshim potencial veçanërisht të madh për shkak të distancës së konsiderueshme midis tyre dhe një sërë tensionesh, ndërsa zinku dhe hekuri, përkundrazi, do të japin një shumë të vogël, më pak se një e dhjeta e voltit. Duke përdorur alumin, nuk do të marrim praktikisht asnjë rrymë për shkak të pasivimit.

Të gjithë këta elementë, ose, siç thonë elektrokimistët, qarqet, kanë disavantazhin që gjatë matjes së rrymës, tensioni në to bie shumë shpejt. Prandaj, elektrokimistët matin gjithmonë vlerën e vërtetë të tensionit në një gjendje të de-energjizuar duke përdorur metodën kompensimi i tensionit, domethënë, duke e krahasuar atë me tensionin e një burimi tjetër aktual.

Le të shqyrtojmë pak më në detaje proceset në elementin bakër-zink. Në katodë, zinku hyn në tretësirë ​​sipas ekuacionit të mëposhtëm:

Zn => Zn 2+ + 2e -

Jonet e hidrogjenit të acidit sulfurik shkarkohen në anodën e bakrit. Ata bashkojnë elektronet që vijnë përmes telit nga katoda e zinkut dhe si rezultat, formohen flluska hidrogjeni:

2Н + + 2е - => Н 2

Pas një periudhe të shkurtër kohe, bakri do të mbulohet me një shtresë të hollë flluskash hidrogjeni. Në këtë rast, elektroda e bakrit do të shndërrohet në një hidrogjen dhe ndryshimi i potencialit do të ulet. Ky proces quhet polarizimi elektrodë. Polarizimi i elektrodës së bakrit mund të eliminohet duke shtuar pak zgjidhje dikromat kaliumi në qelizë pas rënies së tensionit. Pas kësaj, voltazhi do të rritet përsëri, pasi dikromati i kaliumit do të oksidojë hidrogjenin në ujë. Dikromati i kaliumit në këtë rast vepron si depolarizues

Në praktikë, përdoren qarqe galvanike, elektrodat e të cilave nuk janë të polarizuara, ose qarqe, polarizimi i të cilave mund të eliminohet duke shtuar depolarizues.

Si shembull i një elementi jo të polarizueshëm, merrni parasysh elementin Daniel, i cili shpesh përdorej në të kaluarën si burim aktual. Ky është gjithashtu një element bakër-zink, por të dy metalet janë zhytur në zgjidhje të ndryshme. Elektroda e zinkut vendoset në një qelizë balte poroze të mbushur me acid sulfurik të holluar (rreth 20%). Qeliza e argjilës është e pezulluar në një gotë të madhe që përmban një zgjidhje të koncentruar të sulfatit të bakrit, dhe në fund ka një shtresë kristalesh sulfate bakri. Elektroda e dytë në këtë enë është një cilindër i bërë nga fletë bakri.

Ky element mund të bëhet nga një kavanoz qelqi, një qelizë balte e disponueshme në treg (në raste ekstreme, ne përdorim një tenxhere me lule, duke mbyllur vrimën në fund) dhe dy elektroda me madhësi të përshtatshme.

Gjatë funksionimit të qelizës, zinku shpërndahet për të formuar sulfat zinku, dhe bakri metalik lirohet në elektrodën e bakrit. Por në të njëjtën kohë, elektroda e bakrit nuk është e polarizuar dhe elementi prodhon një tension prej rreth 1 V. Në fakt, teorikisht, tensioni në terminalet është 1.10 V, por kur mbledhim rrymën matim një vlerë pak më të ulët për shkak të energjisë elektrike. rezistenca e qelizës.

Nëse nuk e heqim rrymën nga elementi, duhet të heqim elektrodën e zinkut nga tretësira e acidit sulfurik, sepse në të kundërt ajo do të tretet duke formuar hidrogjen.

Një diagram i një qelize të thjeshtë që nuk kërkon një ndarje poroze është paraqitur në figurë. Elektroda e zinkut ndodhet në pjesën e sipërme të kavanozit të qelqit, dhe elektroda e bakrit ndodhet afër fundit. E gjithë qeliza është e mbushur me një zgjidhje të ngopur të kripës së tryezës. Vendosni një grusht kristalesh sulfate bakri në fund të kavanozit. Zgjidhja e koncentruar e sulfatit të bakrit që rezulton do të përzihet me tretësirën e kripës së tryezës shumë ngadalë. Prandaj, kur qeliza të funksionojë, bakri do të lëshohet në elektrodën e bakrit dhe zinku do të shpërndahet në formën e sulfatit ose klorurit në pjesën e sipërme të qelizës.

Në ditët e sotme ato përdoren pothuajse ekskluzivisht për bateri. elementë të thatë, të cilat janë më të përshtatshme për t'u përdorur. Paraardhësi i tyre është elementi Leclanche. Elektrodat janë një cilindër zinku dhe një shufër karboni. Elektroliti është një pastë që përbëhet kryesisht nga klorur amoniumi. Zinku tretet në paste dhe hidrogjeni lirohet në qymyr. Për të shmangur polarizimin, shufra e karbonit zhytet në një qese prej liri që përmban një përzierje pluhuri qymyri dhe piroluziti. Pluhuri i karbonit rrit sipërfaqen e elektrodës, dhe piroluziti vepron si një depolarizer, duke oksiduar ngadalë hidrogjenin. Vërtetë, aftësia depolarizuese e piroluzitit është më e dobët se ajo e bikromatit të kaliumit të përmendur më parë. Prandaj, kur rryma merret në elementë të thatë, voltazhi bie shpejt, ata "lodhen" për shkak të polarizimit. Vetëm pas njëfarë kohe ndodh oksidimi i hidrogjenit me piroluzit. Kështu, elementët "pushojnë" nëse nuk kalon rrymë për ca kohë. Le ta kontrollojmë këtë në një bateri elektrik dore me të cilën lidhim një llambë. Ne lidhim një voltmetër paralel me llambën, domethënë direkt me terminalet. Në fillim, voltazhi do të jetë rreth 4,5 V. (Më shpesh, bateritë e tilla kanë tre qeliza të lidhura në seri, secila me një tension teorik prej 1,48 V.) Pas njëfarë kohe, voltazhi do të bjerë dhe shkëlqimi i llambës do të dobësohen. Bazuar në leximet e voltmetrit, ne mund të gjykojmë se sa kohë duhet të pushojë bateria.

Një vend të veçantë zënë elementët rigjenerues të njohur si bateritë. Ato pësojnë reaksione të kthyeshme dhe mund të rikarikohen pasi qeliza të shkarkohet duke u lidhur me një burim të jashtëm DC.

Aktualisht, bateritë me acid plumbi janë më të zakonshmet; Elektroliti në to është acid sulfurik i holluar, në të cilin janë zhytur dy pllaka plumbi. Elektroda pozitive është e veshur me peroksid plumbi PbO 2 (emri modern është dioksidi i plumbit), elektroda negative është plumb metalik. Tensioni në terminalet është afërsisht 2.1 V. Gjatë shkarkimit, në të dy pllakat formohet sulfati i plumbit, i cili përsëri kthehet në plumb metalik dhe peroksid plumbi gjatë karikimit.