4) Свинцовый элемент с хлорной кислотой:
Схема:
Суммарная реакция:
Замена серной кислоты в обычном свинцовом аккумуляторе хлорной кислотой приводит к тому, что оба электрода работают как растворимые, поскольку Рb(СlO4)2 (в отличие от PbSO4) обладает высокой растворимостью. Это позволяет проводить разряд элементов значительно большими токами (до 50 А/дм2), чем это допустимо для свинцовых аккумуляторов.
Активным материалом для положительного электрода в указанных элементах служит плотный слой РbО2, электролитически осажденный на металлическую (сталь, никель, титан) или угольную основу. Отрицательный электрод состоит из свинца или освинцованной стали, электролитом служит 50-70% раствор НСlO4. 50% раствор применяется в элементах, работающих при коротких режимах и при низких температурах. Элементы приводятся в действие с помощью специальных заливочных устройств.
Элементы с хлорной кислотой и собранные из них анодные, накальные и комбинированные батареи применяются для метеорологических целей, для питания радиозондов и шаров-пилотов.
5) Серебряно-цинковый:
Схема:
Суммарная реакция:
При применении этой системы в резервных элементах отпадает необходимость в тщательном подборе материала диафрагмы, разделяющей электродные пространства, что позволяет заметно снизить внутреннее сопротивление источника; можно применять очень тонкие электроды, что повышает удельные характеристики источника. Большое внимание при разработке таких элементов уделяется цинковому электроду, пассивация которого в условиях обычных температур происходит уже при плотности тока 10-12 А/дм2, а при пониженных температурах (+5°С) - при 6‑7 А/дм2. Чтобы устранить быструю пассивацию цинка, целесообразно применять металлокерамические или намазные электроды, изготовленные из цинкового порошка с добавкой различных связующих, а также использовать в качестве электродов оцинкованные медные сетки.
№ 163.
Кремний, нахождение в природе. Физические и химические свойства,
взаимодействие с элементарными окислителями O2, N2, C (приведите примеры
реакций взаимодействия). Охарактеризуйте получаемые при этом соединения
кремния и применение их в технике.
Кремний Si (1s22s22p63s23p2) по числу валентных электронов является аналогом углерода. Однако у кремния больший размер атома, меньшая энергия ионизации.
Максимальное координационное число кремния равно шести, а наиболее характерное - четырем. Как и для других элементов 3-го периода, рπ-рπ- связывание для кремния нехарактерно и потому в отличие от углерода sp - и sр2-гибридные состояния для него неустойчивы. Кремний в соединениях имеет степени окисления +4 и -4.
Согласно другой точке зрения различие свойств кремния и углерода объясняется наличием в атоме кремния вакантных 3d-орбиталей.
Для кремния наиболее характерны связи Si-F и Si-О. Поэтому кремний на Земле находится в виде кислородных соединений.
Природный кремний состоит из трех стабильных изотопов: 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) и 30Si (3,05%).
По распространенности на Земле 20% (молярная доля) кремний уступает только кислороду. Земная кора более чем наполовину состоит из кремнезема SiO2, силикатных и алюмосиликатных пород.
В соответствии с характерным типом гибридизации валентных орбиталей (sp3) у кремния наиболее устойчива алмазоподобная (кубическая) модификация. Как и алмаз, она тугоплавка (tпл 1415 °С) и отличается высокой твердостью. Вследствие частичной делокализации связи эта модификация имеет темно-серый цвет и металлический вид. При комнатной температуре кремний является полупроводником (ΔЕ = 1,12 эВ). Графитоподобная модификация кремния неустойчива.
В обычных условиях кремний довольно инертен. С простыми веществами (кроме фтора) взаимодействует лишь при нагревании, проявляя чаще всего восстановительные свойства. Так, он окисляется хлором при 400°С
,
с кислородом при 600°С
,
с азотом взаимодействует лишь при 1000°С
,
а с углеродом - при 2000°С
.
В кислородсодержащих кислотах-окислителях кремний пассивируется и растворяется лишь в смеси кислот фтороводородной (плавиковой) и азотной кислот:
Кремний энергично растворяется в щелочах с выделением водорода:
С водой в обычных условиях кремний не реагирует.
Окислительная активность кремния проявляется лишь по отношению к некоторым металлам, например:
