40.Влияние среды на протекания окислительно-восстановительных процессов (на примере иона MnO4)
Для прогноза продуктов и направления протекания окислительно- востановительных процессов надо знать, что типичными окислителями являются:
1) простые вещества, атомы которых имеют большую электроотрицательность >3 (элементы VIA и VIIA групп). Из них наиболее сильные окислители F, О, Сl.
2) Вещества, содержащие элементы в максимальной степени окисления: (КМnO4, K2Cr2O7, HClO4, H2SO4 и др.
3) Катионы металлов и водород
К типичным восстановителям относятся:
1) простые вещества, атомы которых имеют малую электроотрицательность < 1,5 (элементы IA и IIА групп и некоторые другие металлы).
2) Вещества, содержащие элементы в низших степенях окисления: (H2S, NH3 и др)
Вещества, содержащие атомы в промежуточных степенях окисления, способны как повышать, так и понижать степень окисления, т.е. могут быть как восстановителями (при действии более сильного чем они окислителя) так и окислителями (при действии более активного, чем они, восстановителя). Такие вещества проявляют окислительно-восстановительную двойственность.
рН среды оказывает влияние на направление окислительно-восстановительных реакций и характер образующихся продуктов. Чем меньше кислотность среды, тем, как правило, менее глубоко идет процесс. Например, КМnО4 проявляет окислительные свойства за счет Мп+7 и восстанавливается:
в кислой среде - до Мn+2 , в нейтральной - до МnО2
в щелочной среде до манганат-иона - МnО22-
Хромат и дихромат калия выступают в качестве окислителей в кислой среде, восстанавливаясь до иона Сr+3 .
Изменение рН среды может развернуть реакцию. Так диспропорционирования хлора в щелочной среде Сl2 + КОН = КСl + КСlOз + Н2О идет в обратном направлении при подкислении раствора. НСl + НСlOз = С12 + Н2O
41.
Электро́дный потенциа́л — разность электрических потенциаловмеждуэлектродоми находящимся с ним в контактеэлектролитом. Возникновение электродного потенциала обусловлено переносом заряженных частиц через границу раздела фаз, специфическойадсорбциейионов, а при наличииполярныхмолекул— ориентационной адсорбцией их. Величина электродного потенциала в неравновесном состоянии зависит как от природы и состава контактирующих фаз, так и от кинетических закономерностей электродных реакций на границе раздела фаз.Равновесное значение скачка потенциалов на границе раздела электрод/раствор определяется исключительно особенностями электродной реакции и не зависит от природы электрода и адсорбции на нём поверхностно-активных веществ.
Двойной электрический слой (межфазный) (ДЭС) — слой ионов, образующийся на поверхности частиц в результате адсорбции ионов из раствора,диссоциацииповерхностного соединения или ориентирования полярныхмолекулна границефаз. Ионы, непосредственно связанные споверхностьюназываются потенциало определяющими.Зарядэтого слоя компенсируется зарядом второго слоя ионов, называемых противоионами.
Электродом называют проводники, имеющиеэлектроннуюпроводимость и находящиеся в контакте сионнымпроводником
Уравнение Нернста — уравнение, связывающее окислительно-восстановительный потенциалсистемы сактивностямивеществ, входящих вэлектрохимическое уравнение, истандартными электродными потенциаламиокислительно-восстановительных пар.
Уравнение Нернста
позволяет предсказать максимальный
рабочий потенциал, который может быть
получен в результате электрохимического
взаимодействия, когда известны давление
и температура . 
,.
42.
Стандартный водоро́дный электро́д — электрод, использующийся в качестве электрода сравненияпри различных электрохимических измерениях и вгальванических элементах. Водородный электрод (ВЭ) представляет собой пластинку или проволоку из металла, хорошо поглощающего газообразныйводород, насыщенную водородом и погруженную вводный раствор, содержащийионы водорода. Потенциал пластины зависит от концентрации ионов Н+ в растворе. Электрод является эталоном, относительно которого ведется отсчет электродного потенциала определяемой химической реакции. При давлении водорода 1 атм., концентрации протонов в растворе 1 моль/л и температуре 298 Кпотенциал ВЭ принимают равным 0 В. При сборке гальванического элемента из ВЭ и определяемого электрода, на поверхности платины обратимо протекает реакция: 2Н+ + 2e− = H2
Стандартный электродный потенциал, является мерой индивидуального потенциала обратимого электрода (в равновесии) в стандартном состоянии, которое осуществляется в растворах при эффективной концентрации в 1 моль/кг и в газах при давлении в 1 атмосферу или 100 кПа (килопаскалей). Объёмы чаще всего взяты при 25 °C. Основой дляэлектрохимической ячейки, такой какгальваническая ячейкавсегда являетсяокислительно-восстановительная реакция, которая может быть разбита на двеполуреакции:окислениена аноде (потеря электрона) ивосстановлениена катоде (приобретение электрона).Электричествовырабатывается вследствие различияэлектростатического потенциаладвух электродов. Эта разность потенциалов создаётся в результате различий индивидуальных потенциалов двух металловэлектродовпо отношению к электролиту.
43.
Гальвани́ческий элеме́нт — химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов вэлектролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока.
Гальванические первичные элементы - это устройства для прямого преобразования химической энергии, заключенных в них реагентов (окислителя и восстановителя), вэлектрическую.Реагенты, входящие в состав источника, расходуются в процессе его работы, и действие прекращается после расхода реагентов. Примером гальванического элемента является элемент Даниэля –Якоби.
Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых силнеэлектрическогопроисхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равнаработеэтих сил по перемещению единичного положительногозарядавдоль всего контура
44.
Сухим гальваническим элементом является самый известный первичный элемент (батарея одноразового использования), который сегодня широко используется в переносных устройствах. Изначально элементы заполнялись жидким электролитом. В дальнейшем электролит стали загущать с помощью крахмалистых веществ — это позволяло сделать более практичные элементы питания, называемые сухими, в которых сведена к минимуму возможность вытекания электролита.
Электри́ческий аккумуля́тор — химический источник токамногоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования[1], а также для обеспечения резервных источников энергии в медицине, производстве и в других сферах
Топливный элемент — электрохимическоеустройство, подобноегальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества дляэлектрохимическойреакции подаются в него извне[1] — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементеилиаккумуляторе.
Топливные элементы осуществляют превращение химической энергии топлива в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию.
45.
Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохожденииэлектрического токачерез раствор, либо расплавэлектролита.
Последовательность электродных процессов на катоде происходит в порядке от больших потенциалов к меньшим. При этом возможны три случая: катионы металлов, имеющих малую величину стандартного потенциала (от Li до Al включительно), не восстанавливаются на катоде, а вместо них восстанавливаются молекулы воды: 2Н2О + 2е Н2 + 2ОН- Катионы металлов, имеющих стандартный потенциал меньший, чем у водорода, но больший, чем у алюминия (от Mn2+ до Н+) при электролизе на катоде восстанавливаются одновременно с молекулами воды катионы металлов, имеющих стандартный потенциал больший, чем у водорода (от Cu2+ до Au+), при электролизе практически полностью восстанавливаются на катоде.
46.
Корро́зия (от лат.corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металловв результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь тометаллиликерамика,деревоилиполимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивостьконструкционных материаловк воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде:
Гидроксид железа Fe(OН)3 и является тем, что называют ржавчиной.
Химическая коррозия. Кислород воздуха взаимодействует с поверхностным слоем металла, при этом образуется оксидная пленка. Она образуется в условиях сухого воздуха и при комнатной температуре, и при нагревании. Такую коррозию называют химической. Пленка может быть прочной и препятствовать дальнейшему процессу коррозии. Такие прочные пленки образуются на поверхности алюминия и цинка. Но есть и рыхлые пленки, которые не предохраняют металл от разрушения, как, например, у оксидов щелочных металлов. Так, поверхность только что отрезанного кусочка натрия на глазах мутнеет, образуется рыхлая, с трещинами пленка, свободно пропускающая к поверхности металла кислород воздуха, а также другие газы и пары воды.
47.
Электрохимическая коррозия - самый распространенный вид коррозии. Электрохимическая коррозиявозникает при контакте металла с окружающей электролитически проводящей средой. При этом восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости. Первопричиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в окружающих их средах. Ржавление трубопровода, обивки днища морского суда, различных металлоконструкций в атмосфере - это, и многое другое, примеры электрохимической коррозии.
Коррозия с кислородной деполяризацией. Процессы коррозии металлов, у которых катодная реакция осуществляется с участием растворенного в электролите кислорода, называются коррозией с кислородной деполяризацией.С кислородной деполяризацией корродируют металлы, находящиеся в атмосфере или соприкасающиеся с водой и растворами солей.
48.
Электрохимическая коррозия - самый распространенный вид коррозии. Электрохимическая коррозиявозникает при контакте металла с окружающей электролитически проводящей средой. При этом восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости. Первопричиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в окружающих их средах. Ржавление трубопровода, обивки днища морского суда, различных металлоконструкций в атмосфере - это, и многое другое, примеры электрохимической коррозии.
Коррозией металлов
с водородной деполяризацией. Коррозию
металлов, при которой катодная реакция
осуществляется с выделением водорода,
называют коррозией металлов с водородной
деполяризацией. Коррозия металлов с
водородной деполяризацией имеет
место:
,
т.е. в растворах кислот, например,
кислотное растворение железа, цинка и
других металлов; при достаточно
отрицательных значениях потенциала
ионизации металла, например, коррозия
магния в воде или растворах солей. На
практике с такими явлениями сталкиваются
при хранении и перевозке кислот, при
кислотном травлении металлов, при
получении кислот на стадии абсорбции.
49.
Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения.[3]. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка[4].
Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:
Конструкционный
Активный
Пассивный
Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали,кортеновские стали,цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.
Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного
потенциала защищаемого металла.
Другой метод — использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие.В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).
50.
Полимерами называют соединения, макромолекулы которых состоят из атомных группировок мономеров, последовательно связанных в виде цепи. Цепное строение макромолекул предопределяет повышенную прочность связей между ними, что обеспечивает возможность образования волокон и пленок. Другое свойство макромолекул – гибкость – обуславливает эластичность полимеров, т.е. способность к значительным, многократным, обратимым деформациям под действием малых нагрузок.
Вследствие большой молекулярной массы и цепного строения растворы полимерных соединений обладают высокой вязкостью. Часто достаточно нескольких процентов растворяемого вещества, чтобы раствор потерял текучесть.
Наряду с химическим составом важнейшей характеристикой высокомолекулярных соединений (ВМС) является молекулярная масса и степень полимеризации, равная числу повторяющихся звеньев цепи. Полимеры, как правило, состоят из макромолекул разной массы. Это принципиальное, присущее только полимерам свойство называется полидисперсностью или полимолекулярностью. Молекулярно-массовыми характеристиками полимеров являются средние молекулярные массы и функции распределения по этому показателю. Среднечисловая молекулярная масса Мn полимеров вычисляется как отношение суммарной массы макромолекул к их общему числу n.