Химия_Задачи и упражнения

чески путь кристаллизации и путьплавления идентичны, но противоположны по направлению и последовательности фазовых превращений.

Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с эвтектикой

Если два компонента А и В не растворимы друг в друге в твердом состоянии и не образуют при сплавлении химических соединений, то диаграммасостоянияимеетвобщемслучае вид, изображенныйнарис. 7. Точка tA показывает температуру плавления чистого компонента А. По мере прибавления к нему компонента В температура плавления вначале понижается, а затем после точки эвтектики снова растет, пока не достигнетточкиtB, соответствующейтемпературеплавлениячистогокомпонентаВ. Приохлаждениирасплава, имеющегоинойсостав, чемэвтектика, из него будет выделяться в виде твердой фазы тот компонент, содержание которого в расплаве превышает его содержание в эвтектике. По мере выделения этого компонента температура кристаллизации будет понижаться, а состав остающейся жидкой фазы постепенно будет приближатьсякэвтектическому. Когдасоставрасплавадостигнетсостава эвтектики, а температура – эвтектической температуры, расплав затвердеет, образовав смесь мельчайших кристаллов обоих компонентов.

T, θC

Рис. 7. Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с эвтектикой

176

Конечными фазами кристаллизации любого бинарного состава

вэтойсистемебудуткомпонентыАиВ, акристаллизациявсехподобных составов будет заканчиваться при эвтектической температуре tE

вточке эвтектики. Рассмотрим подробнее пути кристаллизации некоторых составов в этой системе.

Путь кристаллизациирасплава а. Точке асоответствуетрасплав

(однородная жидкая фаза) состава d при температуре tn.

Винтервалеа–b (припонижениитемпературыотtn доtb) происходит охлаждение расплава без фазовых изменений.

При температуре tb жидкая фаза (расплав) начинает кристаллизоваться. Первично выделяются кристаллы того компонента или соединения, квертикалисоставакоторогоприлегаетобластьнахожденияданного состава. В данном случае это кристаллы компонента А.

Интервал b–c (tb–tE) – область сосуществования двух фаз: твердой (кристаллыА) ижидкой. Причемсоставжидкойфазыпомере снижения температуры меняется по линии ликвидуса от точки b до точки Е. Для того чтобы определить состав жидкой фазы при любой температуре,

принадлежащей температурному интервалу tb–tE, например tb1, нужно провести конноду, ей соответствующую. Точка пересечения конноды с линиейликвидуса соответствует составурасплава f при температуре tb1.

Вточке с (пересечение вертикали состава с линией солидуса) состав жидкой фазы соответствует эвтектическому. Точка эвтектики принадлежит одновременно области первичного выделения кристаллов А иобластипервичноговыделениякристалловВ, поэтомужидкаяфазаэв-

тектического состава кристаллизуется при постоянной температуре tE с одновременным выделением кристаллов А и В.

Ниже линии солидуса все фазы находятся в твердом состоянии. Полученный твердый материал имеет так называемую доэвтекти-

ческую структуру: крупные кристаллы А (образовались в температур-

номинтервалеtb –tE) вкрапленывтонкодисперснуюэвтектическуюсмесь кристаллов А + В (образовались в результате кристаллизации остатков

жидкой фазы эвтектического состава при температуре tE). Аналогично кристаллизуются любые расплавы, составы которых

попадаютвобластьот100 % компонентаАдоточкиd1, соответствующей эвтектическому составу.

Путь кристаллизации расплава а1. Состав расплава полностью соответствует эвтектическому.

177

В интервале а1–Е происходит охлаждение расплава. В точке Е при температуре tE протекает быстрая кристаллизация расплава с одновременным выделением компонентов А и В. Полученный материал имеет эвтектическую структуру: тонкодисперсная смесь кристаллов А и В.

Путь кристаллизации расплава а2. Он аналогичен пути кристал-

лизации расплава а, стой лишьразницей, чтов температурном интервале tb2–tE из расплава выделяются кристаллы В. Полученные материалы имеютзаэвтектическуюструктуру: крупныекристаллыВвтонкодисперсной смеси А + В.

Диаграмма состояния показывает не только последовательность выделения кристаллических фаз и изменение состава жидкой фазы впроцессеохлажденияинагрева, ноиколичественноесоотношениемеждутвердойижидкойфазамидлялюбойтемпературыtх винтервалеплавления.

Правило рычага (правило отрезков). Оно позволяет определить массовое соотношение фаз, находящихся в равновесии при данной температуре. Химический состав равновесных фаз обусловлен коннодой, т. е. изотермой, ограниченнойточками ее пересеченияс линиямиликвидуса, солидуса, вертикалями исходных компонентов или химических соединений, ближайших к вертикали состава заданного расплава. Длины отрезков от точки пересечения конноды с вертикалью состава до точек, отвечающих составамравновесных фаз, соответствуют ихмассовому содержанию.

Отношение количества остаточной жидкойфазы mж.ф к количеству кристаллов, присутствующихвизучаемомрасплавеmкрист припроизвольно заданной температуре tb1 (см. рис. 7), равняется отношению отрезка tb1–g к отрезку g–b1:

	mж.ф	tb1g .	(15.1)
	mкрист
		gb1

Это же правило позволяет определить соотношение масс крупных кристаллов и тонкодисперсной эвтектической смеси, так как последняя образуется из остатков жидкой фазы эвтектического состава, содержание которой соответствует длине отрезка tE–c (см. рис. 7):

	mэвт	tE c .	(15.2)
	mкр.крист	cE

Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с химическим соединением, плавящимся без разложения

Диаграмму с образованием одного химического соединения АВ (рис. 8) можно рассматривать как совокупность двух простейших диаграмм. Одна – диаграмма системы А–АВ, в которой компонентами являются А и АВ; и вторая система АВ–В с компонентами АВ и В. В соответствии с правилом определения конечных фаз кристаллизации в каждой выделенной области могут присутствовать кристаллы только того компонента или химического соединения, составы которых эту область ограничивают. Пути кристаллизации при этом аналогичны разобранным для двухкомпонентной диаграммы состояния с эвтектикой.

T, θC

tE2

tE1

Рис. 8. Диаграмма состояния системы с одним химическим соединением, плавящимся конгруэнтно

Врассмотренныхранеесистемахкомпонентывтвердомсостоянии нерастворяютсядругвдруге, т. е. образуютмеханическуюсмесьизкристаллов двух чистых компонентов или их соединений. В ряде случаев компоненты способны образовывать однородную фазу переменного состава – твердый раствор.

178

179

Твердый раствор – фаза, в которой один из компонентов сплава сохраняетсвоюкристаллическуюрешетку, адругойотдаетсвоиатомыв решеткупервого. Вотличиеотхимическогосоединениятвердыйраствор существует в интервале концентраций компонентов (в так называемой области гомогенности). Бывают твердые растворы внедрения и замещения. Твердые растворы замещенияобразуются, когда атомы растворенного компонента замещают атомы компонента-растворителя в узлах его кристаллической решетки. При этом размеры решетки растворителя изменяются. Такие растворы образуются, если атомы веществ, образующих твердый раствор, имеют близкие размеры. Твердые растворы внедрения образуются, когда атомы растворенного компонента внедряются в междоузлия кристаллической решетки растворителя. Это возможно, если атомы растворенного вещества небольшого размера.

Существуюттвердыерастворыснеограниченнойрастворимостью, т. е. образующие непрерывный ряд твердых растворов во всем диапазоне концентраций компонентов, в остальныхслучаях взаимнаярастворимость компонентов в твердом состоянии ограничена и говорят об ограниченном ряде твердых растворов.

Диаграмма состояния двухкомпонентной системы с непрерывным рядом твердых растворов

Характернойособенностьюэтоговидасистемявляетсяотсутствие минимумовна кривой плавления (рис. 9). Вданнойсистемеобразуется всегдаодинитотжетвердыйрастворпеременногосостава(обозначенный SAB), т. е. твердый раствор одного и того же структурного типа, причем вседвухкомпонентныесоставыкристаллизуютсятольковвидетвердого растворавыпадаютS. AB, а в чистом виде компоненты А и В из таких составов не

Температура плавления смесей, образующих твердые растворы, плавно снижается от более тугоплавкого компонента А к менее тугоплавкому компоненту В. Верхняя кривая является ликвидусом, нижняя – солидусом. Линия солидуса характеризует составы твердых растворов, находящихся в равновесии с расплавом при данной температуре. Ниже линиисолидусаивышелинииликвидусасистемаоднофазнаипредставляет собой твердый или жидкий растворы. Между этими линиями вравновесиинаходятсядвефазы: жидкая– расплавитвердая– кристаллы твердого раствора.

T, θC

Рис. 9. Диаграмма состояния системы с непрерывным рядом твердых растворов

Пути кристаллизации всех составов в этой системе идентичны. Например, при охлаждении расплава а до температуры t1 (точка b на кривой ликвидуса) начнется кристаллизация твердого раствора, состав которого определяется точкой пересечения конноды с линией солидуса (точка с). При дальнейшем охлаждении состав жидкой фазы будет изменяться по кривой ликвидуса (от точки b к точке b2), а состав кристаллизующегося твердого раствора – по кривой солидуса (от точки с к точке с2). Например, при температуре t2 расплав имеет состав b1, а твердый раствор – состав c1.

Когда состав твердого раствора окажется одинаковым с исходным составомжидкости, т. е. когдаточкасоставатвердогораствора, вданном случае точка с2, окажется на вертикали исходного состава (abc2d), при температуреt3 произойдетокончательноезатвердеваниерасплава. Таким abb2, атвердойфазы cc2d. Окончательно затвердевший расплав будет состоять только из

однородных кристаллов твердого раствора состава d.

180

181

Диаграмма состояния двухкомпонентной системы

сограниченным рядом твердых растворов

иэвтектоиднойточкой

Вэтой системе (рис. 10) растворимость компонентов А и В друг

вдруге ограничена определенными пределами. Компонент В может ра-

створяться в А, образуя твердый раствор, обозначенный SA(B) (твердый раствор наоснове структурыкомпонента А), только впределахконцентраций от нуля (точка А) до концентрации, выражаемой точкой g. Компонент Аможет растворяться в В, образуя твердый раствор, обозначенный

SB(A) (твердыйрастворна основе структуры компонента В), только в пределахконцентрацийотнуля(точкаВ) доконцентрации, выражаемойточ-

кой g1. Однофазные области твердых растворов SA(B) и SB(A) на диаграмме заштрихованы.

T, θC

(Ж)

Ж

Ж

Рис. 10. Диаграмма состояния системы с ограниченным рядом твердых растворов и эвтектоидной точкой

Нижеэвтектоиднойтемпературыt1 предельныеконцентрациитвердыхрастворовопределяютсялиниямиgk иg1k1. Вобластиkgg1k1 система представляет собой смесь SA(B) и SB(A). Рассмотрим путь кристаллизации некоторых составов в этой системе.

Путь кристаллизации расплава а. По достижении кривой ликви-

дуса (точка b) из расплава этого состава начинают выделяться кристаллы твердогораствораSB(A) составас(точканакривойсолидуса). Придальнейшемохлаждениисоставжидкостибудетизменятьсяпо кривойликвидуса от точки b до эвтектоидной точки Е, а состав выпадающих твердых растворов – по кривой солидуса от точки с до точки g1. При эвтектоидной температуре t1 жидкость эвтектоидного состава Е полностью закристаллизовывается с выделением двух твердых растворов SA(B) состава g и SB(A) состава g1. При дальнейшем охлаждении составы этих двух твердых растворов будут изменяться по бинодальным кривымgk и g1k1.

Путькристаллизациирасплаваа1. Начальныйпутькристаллиза-

ции расплава этого состава аналогичен предыдущему: состав жидкости приохлажденииизменяетсяотb1 доb3, асоставтвердого раствораSB(A) – от с1 до с3. При дальнейшем охлаждении происходит понижение температурытвердого раствора от точки с3 до точки е1, лежащей на бинодальной кривой g1k1. При температуреt2, соответствующейточке е1, твердый раствор SB(A) оказывается насыщенным по отношению к компоненту А, который начинает выделяться, но не в чистом виде, а в виде твердого раствора SA(B), состав которого определяется концом конноды е1е, т. е. точкой е, лежащей на бинодальной кривой gk. При дальнейшем охлаждениисоставыобразовавшихсятвердыхрастворовизменяютсяпобинодальным кривым соответственно от точки е1 до точки k1 и от точки е до точки k.

Путькристаллизациирасплаваа2. Этотпутьничемнеотличается оттаковоговсистемеснепрерывнымрядомтвердыхрастворов.

Диаграмма состояния системы Fe–C

ДиаграммаFe–C даетпредставлениеоструктурежелезоуглеродистых сплавов (технического железа, стали, чугуна). Эта диаграмма, как правило, рассматривается на участке от 0 до 6,67 % мас. углерода (6,67 массовых или 25 атомных процента углерода содержит карбид железа Fe3C – цементит). СплавысболеевысокимсодержаниемСиз-захрупко- сти не применяются.

На рис. 11 приведен несколько упрощенный вариант данной диаграммы. Компонентами являются железо и углерод. Железо – серебристо-белый металл, в твердом состоянии может существовать в двух полиморфных модификациях: до 911 °С находится в виде -Fe,

182

183

выше911 °С– ввиде-Fe. Суглеродомжелезообразуеттвердыерастворы внедрения. Углерод – неметалл, существует в двух основных модификациях: графит и алмаз. Фазами на диаграмме являются: феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода в -железе, пластичен, имеет относительно низкую прочность и твердость; аустенит (А) – твердый раствор внедрения углерода в -железе, пластичен, имеет высокую вязкость и низкую прочность и твердость; цементит (Ц) – карбид железа Fe3C, обладает высокой твердостью и хрупкостью. Различают первичный цементит (выделяющийся из железоуглеродистого расплава – Ц I) и вторичный цементит (выделяющийся в ходе перитектической реакции разложения аустенита– ЦII).Важнымиструктурнымиэлементамидиаграммыявляются также перлит и ледебурит.

T, θC

Жидкость (Ж)

А+Ж

		-ледебурит
		Эвтектика
Перлит
				ЦI+Л

Рис. 11. Упрощенная диаграмма состояния системы Fe–C

Перлит образуется при распаде аустенита при 727 °С. Он представляет собой эвтектоидную смесь мелкодисперсных кристаллов цементитаиферрита, содержащую0,8 % мас. углерода. Перлитобладает достаточно высокой твердостью и пластичностью.

184

Ледебуритом называется эвтектическая смесь, содержащая 4,3 % мас. углерода. В интервале температур 1147–727 °С ледебурит – механическая смесь кристаллов аустенита и цементита (на рис. 16 этот ледебурит обозначен Л), ниже 727 °С аустенит переходит в перлит. Ледебурит состоит из кристаллов перлита и цементита (Л*).

Железоуглеродистые сплавыс содержаниемуглерода до0,02 % называются техническим железом. Железоуглеродистыесплавы с содержаниемуглеродаот0,02 до2,14 % называютсясталями. Сталиссодержанием углерода до 0,8 % называются доэвтектоидными, 0,8 – эвтектоидными, свыше 0,8 % – заэвтектоидными. Железоуглеродистые сплавы

ссодержаниемуглеродаот2,14 до6,67 % называютсячугунами. Чугуны

ссодержанием углерода до 4,3 % называются доэвтектическими, 4,3 – эвтектическими, свыше 4,3 % – заэвтектическими. Отсутствие в структуресталейхрупкойэвтектикиделаетихковкимиипластичными. Наличие в структуре чугунов легкоплавкой эвтектики (ледебурит) повышает их литейные свойства, но делает чугун хрупким.

Диаграммысостояниянекоторыхметаллическихсистем, имеющие практическое значение, представлены на рис. 12–18.

T, θC

Жидкость (Ж)

SAgAu+Ж

SAgAu

Рис. 12. Диаграмма состояния системыAg–Au

185

T, θC

Жидкость (Ж)

SAg(Cu) + Ж

SCu(Ag) + Ж

SAg(Cu) SCu(Ag)

SAg(Cu) + SCu(Ag)

Рис. 13. Диаграмма состояния системыAg–Cu

T, θC

Жидкость (Ж)

	+ Ж
			Si + Ж
	Al(Si)
	S

SAl(Si) SAl(Si) + Si

Рис. 14. Диаграмма состояния системыAl–Si

186

T, θC

Жидкость (Ж)

Cd + Ж

Bi + Ж

Bi + Cd

Рис. 15. Диаграмма состояния системы Bi–Cd

T, θC

Ж

Ж

Ж

Ж

+

Рис. 16. Упрощенная диаграмма состояния системы Cu–Mg 187

T, θC

Жидкость (Ж)

SCuNi + Ж

SCuNi

Рис. 17. Диаграмма состояния системы Cu–Ni

T, θC

Жидкость (Ж)

SMg(Pb) + Ж

			Mg2Pb + Ж
SMg(Pb)
		SMg(Pb) + Mg2Pb
						Pb + Ж

Mg2Pb + Pb

Рис. 18. Диаграмма состояния системы Mg–Pb 188

ЗАДАЧИ

15.1.Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 80 % компонента А (рис. 7). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.2.Какиефазыивкакомколичествеприсутствуютвсистемепри t = 1200 °C (рис. 11), еслиисходныйрасплавсодержит97 % мас. Fe, аего масса равна 100 г?

15.3.Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 25 % компонента А (рис. 7). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.4.Какиефазыивкакомколичествеприсутствуютвсистемепри t = 1160 °C (рис. 11), еслиисходныйрасплавсодержит94 % мас. Fe, аего масса равна 500 г?

15.5.Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 80 % компонента А (рис. 8). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.6.Какиефазыивкакомколичествеприсутствуютвсистемепри t = 1000 °C (рис. 12), если исходный расплав содержит 70 % мас. Ag,

аего масса равна 1000 г?

15.7.Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 60 % компонента А (рис. 8). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.8.Какиефазыивкакомколичествеприсутствуютвсистемепри t = 800 °C (рис. 13), если исходныйрасплавсодержит65 % мас. Ag, аего масса равна 200 г?

15.9.Какиефазыивкакомколичествеприсутствуютвсистемепри t = 850 °C (рис. 13), если исходныйрасплавсодержит30 % мас. Ag, аего масса равна 2000 г?

15.10.Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 10 % компонента А (рис. 8). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.11.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 600 °C (рис. 14), если исходный расплав содержит 95 % мас. Al,

аего масса равна 300 г?

15.12.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 800 °C (рис. 14), если исходный расплав содержит 40 % мас. Al,

аего масса равна 100 г?

189

15.13.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 200 °C (рис. 15), если исходный расплав содержит 85 % мас. Bi,

аего масса равна 200 г?

15.14.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 200 °C (рис. 15), если исходный расплав содержит 50 % мас. Bi,

аего масса равна 500 г?

15.15.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 800 °C (рис. 16), если исходный расплав содержит 95 % мас. Cu,

аего масса равна 5000 г?

15.16.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 530 °C (рис. 16), если исходный расплав содержит 85 % мас. Cu,

аего масса равна 200 г?

15.17.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 540 °C (рис. 16), если исходный расплав содержит 50 % мас. Cu,

аего масса равна 100 г?

15.18.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 500 °C (рис. 16), если исходный расплав содержит 10 % мас. Cu,

аего масса равна 1000 г?

15.19.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе приt = 1200 °C (рис. 17), еслиисходныйрасплавсодержит 70 % мас. Cu,

аего масса равна 100 г?

15.20.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 550 °C (рис. 18), если исходный расплав содержит 70 % мас. Mg,

аего масса равна 700 г?

15.21.Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 60 % компонента А (рис. 9). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.22.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 500 °C (рис. 18), еслиисходныйрасплавсодержит50 % Mg, аего масса равна 1000 г?

15.23.Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 90 % компонента А (рис. 10). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.24.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 400 °C (рис. 18), если исходный расплав содержит 15 % мас. Mg,

аего масса равна 400 г?

15.25.Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 70 % компонента А (рис. 10). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.26.Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 10 % компонента А (рис. 10). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.27.Определить путь кристаллизации расплава, содержащего 45 % компонента А (рис. 10). Охарактеризуйте структуру полученного материала.

15.28.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе приt = 1300 °C (рис. 17), еслиисходныйрасплавсодержит 40 % мас. Cu,

аего масса равна 100 г?

15.29.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 250 °C (рис. 15), если исходный расплав содержит 95 % мас. Bi,

аего масса равна 500 г?

15.30.Какие фазы и в каком количестве присутствуют в системе при t = 300 °C (рис. 15), если исходный расплав содержит 20 % мас. Bi,

аего масса равна 400 г?

190

191

Раздел 16. ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Если металлическую пластину опустить в воду, то атомы металла наегоповерхностибудутпереходитьвжидкостьввидекатионов, гидратированныхполярнымимолекуламиводы. Электроныэтихатомовостаются на поверхности металлической пластины. Она заряжаетсяотрицательно. Возникаетэлектростатическоепритяжениемеждуповерхностью металла иперешедшими в жидкость гидратированнымикатионами. Некоторыеизнихвозвращаютсяназад. Врезультатеустанавливаетсядинамическое равновесие: на границе металл – жидкость возникает двойной электрический слой, характеризуемый определенным скачком потенциала– электроднымпотенциалом. Аналогичнаяситуацияреализуетсяпри погружении металла в раствор собственного иона.

Абсолютные значения электродных потенциалов измерить затруднительно, поэтому обычно определяют относительные электродные потенциалы, измеренныепосравнениюсостандартнымводороднымэлектродом, потенциал которого принято считать равным нулю.

Стандартнымэлектроднымпотенциалом° называетсяпотен-

циалэлектродаприконцентрациях(активностях) всехвеществ, участвующихвэлектродномпроцессе, равных1 моль/л. Вэтомслучаеэлектрод считаетсястандартным. Так, стандартныйводородныйэлектродсостоит из платиновой пластинки, погруженной в раствор кислоты с активностьюионовводорода1 моль/лиомываемойструейводородаподдавлением 1 атм.

Располагая металлы в ряд по мере возрастания их стандартных электродных потенциалов (°), получают так называемый ряд напряжений. Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его восстановительную способность, а также окислительные свойства его ионов в водных растворах при стандартных условиях (определение понятия «стандартные условия» дано в разд. 3 «Энергетикахимическихреакций. Химико-термодинамичскиерасчеты»). Чем меньше значение стандартного электродного потенциала, тем большимивосстановительнымиспособностямиобладаетданныйметалл

192

ввиде простого вещества и тем меньшие окислительные способности проявляют его ионы.

Еслиокислительно-восстановительнуюреакцию осуществить так, чтобы процессы окисления и восстановления были пространственно разделены, исоздатьвозможностьпереходаэлектроновотвосстановителя к окислителю по проводнику (внешней цепи), то во внешней цепи возникнет направленное перемещение электронов – электрический ток. Приэтомэнергияхимическойокислительно-восстановительнойреакции непосредственно превращается в электрическую энергию. Устройства,

вкоторых происходит такое превращение, называются химическими источниками электрической энергии. К ним относятся гальванические элементы, аккумуляторы и топливные элементы.

Гальваническийэлементсостоитиздвухэлектродов, погруженных

врастворы электролитов, которые сообщаются друг с другом обычно через электролитический мостик. Электрод, на котором в ходе реакции происходитпроцессокисления, называетсяанодом; электрод, накотором осуществляется восстановление, – катодом.

Присхематическомизображениигальваническогоэлементаграница разделамеждуметалломирастворомобозначаетсявертикальнойчертой, границамеждурастворамиэлектролитов– двойнойвертикальнойчертой. Например, схема гальванического элемента, в основе работы которого лежит реакция

Zn 2AgNO3 Zn(NO3)2 2Ag

изображается следующим образом: Zn°Zn(NO3)2°°AgNO3°Ag

Эта же схема может быть изображена в ионной форме: Zn°Zn2 °°Ag °Ag

В данном случае металлические электроды непосредственно участвуют в происходящей реакции. На аноде цинк окисляется:

Zn 2 e Zn2

и в форме ионов переходит в раствор, а на катоде серебро восстанавливается:

Ag e Ag

ив виде металла осаждается на электроде.

Вряде случаев металл электрода не претерпевает изменений в ходе электродного процесса, а участвует лишь в передаче электронов. Так, вгальваническомэлементе, называемомокислительно-восстановительным,

193