34. Практическое применение электрохимческих процессов. Химические источники тока. Аккумуляторы. Свинцовый аккумулятор. Топливные элементы. Водородно – кислородный топливный элемент.

Электрохимические процессы применяются в биохимии, в технологии машино- и приборостроения, используются в источниках тока, преобразующих химическую энергию в электрическую, в электролизе, применяющемся для высокой очистки веществ. Все источники электрической энергии, основанные на электрохимических процессах, можно разделить на два типа: однократного действия (элементы) и многократного (аккумуляторы).

Элементы применяются в виде сухих батарей или наливных, в которые для их использования надо воду или электролит. Анодами являются активные металлы, катодами – оксиды марганца, меди, серебра, хлориды свинца, меди и другие вещества-окислители. Главные недостатки всех сухих ГЭ – однократность использования и саморазрядка, понижающая напряжение и емкость.

Аккумуляторами называют устройства, в которых поэтапно происходит преобразование электрической энергии в химическую, а химической – в электрическую. Процесс накопления химической энергии под действием внешнего постоянного тока называют зарядкой аккумулятора, а процесс ее превращения в электрическую – разрядкой. В первом случае аккумулятор работает как электролизер, а во втором как гальванический элемент.

Свинцовые аккумуляторы основаны на окислительно-восстановительной реакции PbO₂ + Pb  2PbO. Пластины свинцового аккумулятора представляют собой отливки из хартблея (твердого свинца с примесью сурьмы) ячеистой структуры. В ячейки запрессовывают смесь оксида свинца с глицерином. Эта смесь обладает способностью затвердевать, образую глицерат свинца. Пластины собирают в батареи и опускают в раствор Н₂SO₄, а затем заряжают, пропуская электрический ток.

Зарядка:

(-) катод: PbSO₄+2ePb⁰+SO₄^2-

(+) анод: PbSO₄ – 2e +2H₂OPbO₂+SO₄^2-+4H⁺

2PbSO₄+H₂O  Pb⁰+PbO₂+2H₂SO₄

Разрядка:

(-) анод: Pb⁰ – 2е +SO₄^2-  PbSO₄

(+) катод: PbO₂+SO₄^2-+4H⁺+2e PbSO₄ +2H₂O

Pb⁰+PbO₂+2H₂SO₄2PbSO₄+H₂O

Топливные элементы – это устройства непрерывного действия, в которых энергия сгорания топлива непосредственно превращается в электроэнергию. Окисление топлива происходит на поверхности индифферентных электродов, содержащих катализатор. Восстановителем (топливом) могут быть водород, уголь, углеводороды и т.п.,окислителем чаще всего является чистый кислород или воздух.

В настоящее время наиболее изучен водородно-кислородный топливный элемент с щелочным электролитом.

Химическая энергия реакции окисления водорода превращается в электрическую. Катод и анод изготовлены из мелкодисперсных порошков угля и катализатора – металла семейства платины и имеют пористую структуру для увеличения поверхности. К катоду подводится кислород (или воздух), восстанавливающийся до гидроксид-ионов, к аноду подается водород, окисляющийся до воды. Уравнения электродных и токообразующего процессов имеют вид: (-) А: 2Н₂+4ОН^-4Н₂О+4е; (+)К: О₂+2Н₂О+4е4ОН^-; 2Н₂+О₂2Н₂О

35. Коррозия. Классификация коррозионных процессов по характеру разрушений, по виду агрессивной среды, по механизму протекания. Скорость равномерной коррозии.

Коррозия – изменение физико и химико- техническиххарактеристик материалов под действием окружающей среды.

По характеру разрушения различают коррозию: 1)сплошную, при которой поражается вся поверхность. Она бывает равномерной и неравномерной. 2)Местную, при которой поражаются лишь отдельные участки поверхности. 3)Питтинг – точечного разрушения на большую глубину. 4)Селективная – разрушение одного или нескольких компонентов сплава 5)межкристаллическая – разрушение по границам кристаллитов, приводящее к ослаблению связей между ними. 6)Транскристаллическая – разрушение, возникающее под действие механических напряжений и сопровождающееся появлением глубоких транскристаллитных трещин.

По механизму протекания коррозию подразделяют на химическую, электрохимическую, радиационная, биохимическая. Химическая и электрохимическая коррозия относятся кгетерогенным окислительно-восстановительным процессам, протекающим на поверхности металлов и сплавов (на границе фаз материал – коррозионная среда). При этом разрушаемый материал, являющийся восстановителем, непосредственно взаимодействует с окислителем коррозионной среды. Радиационная – под действием излучения высокой энергии. Биохимическая – под действие микроорганизмов.

По виду агрессивной среды выделяют: сухую(при полном отсутсвии влаги), влажную (при наличии тончайшей, невидимой пленки влаги) и мокрую (при наличии на поверхности видимой пленки влаги) атмосферную коррозию, подземную коррозию, коррозию в морской воде.

Скорость коррозионного разрушения можно измерить по изменению толщины, веса, массы. ГОСТ5272-50?

Существует десятибальная шкала для определения стойкости материалов по отношению к коррозии: Совершенностойкие (менее 10^-6мм/год) – 10 баллов, стойкие (менее 10^-4мм/год) – 8 баллов, умеренностойкие

(10^-3 – 10^-1мм/год) – 7-5 баллов, нестойкие (0,1-1мм/год) – 4-3 балла, совершенно нестойкие

(больше 10 мм/год) – 1 балл.