Катодная пара: Катодная защита от коррозии – принцип работы, устройство механизма
alexxlab | 15.07.1977 | 0 | Разное
Катодная защита от коррозии – принцип работы, устройство механизма
Все элементы различаются по энергии, которую необходимо приложить, чтобы оторвать электрон от атома элемента. Те элементы, которые легко отдают электроны, относятся к группе металлов. Те же элементы, которые отдают электроны с большим трудом, но легко поглощают их, дополняя электронную оболочку до заполненной, относятся к неметаллам (металлоидам). Металлы обладают различной энергией отрыва электронов – есть металлы, которые легко отдают электроны (окисляются) – это щелочные и щелочноземельные металлы, другие – с трудом окисляются даже сильнейшими окислителями. Сравнительную стойкость металлов к коррозии описывает ряд электроотрицательности (напряжений) металлов (таблица 2.6), который изучается еще в школе. Если рассмотреть этот ряд, то мы увидим, что железо стоит левее водорода, то есть в нормальных условиях оно должно выделять водород из воды (окисляться даже водой). Правда, на практике этого в большинстве случаев не происходит из-за наличия перенапряжения данной реакции, но во влажной атмосфере (особенно при наличии влаги на поверхности изделия) процесс коррозии протекает энергично.
Таблица 2.6. Ряд напряжений (электроотрицательности) элементов и значения их нормальных электродных потенциалов (НЭП).
|
Элемент |
Li |
K |
Ca |
Na |
Mg |
Be |
Al |
|
НЭП |
-3,04 |
-2,93 |
-2,87 |
-2,71 |
-2,37 |
-1,85 |
-1,66 |
|
Элемент |
Fe |
Zn |
Ni |
H |
Cu |
Ag |
Pt |
|
НЭП |
-0,76 |
|
-0,25 |
0,00 |
0,34 |
0,79 |
1,2 |
Если посмотреть упомянутый выше ряд напряжений металлов, то мы увидим, что цинк является более активным элементом, чем железо. Поэтому, если соединить между собой эти два металла, то электроны от цинка перейдут к железу, последнее станет более электроположительным и не станет окисляться, а окисляться будет именно цинк. В этой системе железо будет катодом, а цинк – анодом. Если поместить пару “железо-цинк” в электролит, а затем замкнуть между собой металлическим проводником, то по нему пойдет ток. При этом металлический цинк будет растворяться. Ток будет идти до тех пор, пока будет в наличии металлический цинк. Таким образом, металлический цинк, защищая железо, приносится в жертву. Такой анод называется жертвенным анодом. Можно сделать и несколько по-другому. Например, нам необходимо защитить стальное оборудование, находящееся в земле (сваи, буровые трубы). В этом случае поступают следующим образом – рядом с защищаемым оборудованием помещают слегка зарытое в землю бросовое стальное оборудование, и между защищаемым оборудованием и жертвенным анодом прикладывают небольшое (порядка 1 вольта) напряжение, в результате чего защищаемое оборудование “становится более благородным” и перестает ржаветь. В качестве анодных материалов используются: магниевые аноды (общеприняты для подземных сооружений), высококремнистые сплавы, графитовые аноды (для подземных труб), полимерные аноды (для решеток в бетонах, загрязненных солями), а также малоизнашиваемые аноды (например, сплавы свинца с 2% серебра). Первый способ был предложен для защиты морских судов – к килю корабля плотно крепится лист специального цинкового сплава, который защищает корабль от преждевременного ржавления. Причем именно сплава, а не чистого цинка – последний не в состоянии поддерживать постоянные величины рабочего потенциала и, следовательно, плотности тока. Особым требованием к такому протекторному аноду является величина анодной плотности тока, причем в большинстве случаев рабочие режимы составляют 1-4 А/кв.м, при которых сплавы имеют высокие и стабильные значения потенциала и рабочего тока. Схемы защиты оборудования по указанным схемам даны на
Второй способ (а именно, с использованием в качестве анода бросовых стальных изделий с приложением определенной разницы потенциалов) применяется в нефтедобыче и при защите сооружений, находящихся в земле.
Впервые принцип катодной защиты был предложен Хэмфри Дэви в 1820-х годах.
Рис. 2.2. Способы катодной защиты сооружений: А – с помощью жертвенного анода; Б – с помощью наложенного потенциала.
Сравнение между жертвенным анодом и подавляемой током катодной защиты дано в таблице 2.7
Таблица 2.7. Сравнение двух способов катодной защиты по эффективности.
|
Жертвенный анод |
Подавление током |
|
|
Оформление |
Просто |
Сложно |
|
Контроль |
Малый или отсутствие |
Требует контроля |
|
Область использования |
Работает лучше в проводящих средах |
Может работать в непроводящих средах |
|
|
Меньшая стоимость. Более высокие капиталовложения для больших систем |
Низкие капиталовложения для больших систем. Может вызвать следующие проблемы: коррозия под действием блуждающих токов; водородное охрупчивание |
Решения для резервуаров – Корпорация ПСС
Существуют четыре основных способа противокоррозионной защиты резервуаров:1) изоляционное покрытие поверхности резервуара с целью предотвращения взаимодействия с внешней коррозионной средой;
2) применение коррозионно-стойких металлов при строительстве;
3) снижение агрессивности коррозионной среды различными химическими реагентами;
4) применение электрохимической защиты стальных резервуаров.
Корпорация ПСС специализируется на решениях с использованием электрохимической защиты. Применение электрохимической защиты также называют активной защитой. К ней относятся:
Протекторная защита – создание гальванической пары подключением к днищу металла с более отрицательным потенциалом. В созданной гальванопаре металл днища становится катодом, а более электроотрицательный металл – анодом, который и подвергается разрушению.
Защита внутренних поверхностей резервуаров
Внутренняя защита осуществляется, в основном, с помощью протекторов изготовленных из магниевых, алюминиевых или цинковых протекторов, размещаемых на дне и боковых стенках резервуара на уровне подтоварной воды. Данный способ отличается автономностью работы, не требует подключения к сети электропитания и установки дополнительного оборудования.
Корпорация ПСС наладила выпуск нескольких типов резервуарных протекторов:
Магниевый протектор ПМР представляет собой цилиндр, имеет углубление в верхней части. Это сделано для того, чтобы увеличить поверхность протектора и соответственно силу тока в начальный период его работы. В центре протектора впрессована стальная втулка для обеспечения контакта протектора с днищем. Протекторы ПМР рекомендуется располагать на днище по концентрическим окружностям, расстояние между которыми принимается равным удвоенному радиусу действия одного протектора.
Протектор алюминиевый короткозамкнутый резервуарный ПАКР
Протекторы ПАКР устанавливаются на днище РВС горизонтально в виде сборки (гирлянды) стержней, соединенных друг с другом сваркой. Протектор представляет собой соединение сердечника из стального круглого горячекатаного проката диаметром 5 мм и оболочки из протекторного сплава (АЦЦ-1, АЦ5Мг5, АП-4, АП4Н, АЦ5МГ5ч). Протекторы марки ПАКР имеют круглое сечение или трапециевидное. На днище резервуара длинномерные протекторы размещают концентрическими кольцами, соединенными между собой последовательно. От прямого контакта с днищем их изолируют с помощью полиэтиленовых колец и полос.Протекторы ПРМ, П-КОЦ, П-КОА
Протекторы для резервуаров ( П-КОА, П-КОЦ)
П-КОА – Протектор короткозамкнутый одиночный алюминиевый.П-КОЦ – Протектор короткозамкнутый одиночный цинковый.
В резервуарах хранения нефти и нефтепродуктов защищается только днище и первый пояс резервуара в среде подтоварной воды, выделившейся из хранимой нефти. Для защиты таких резервуаров рекомендуется применять цинковые протекторы П-КОЦ, так как в отличие от магниевых и алюминиевых протекторов цинковые протекторы не дают искры при ударе о стальную поверхность. Тем самым соблюдаются требования по взрывопожаробезопасности.
Короткозамкнутые протекторы П-КОА, П-КОЦ помимо РВС используются для защиты от коррозии горизонтальных резервуаров, подводной части балластных танков, отсеков, цистерн, кингстонов, ледовых ящиков, других конструкций и оборудования, эксплуатирующихся в морской воде.
Защита внешних поверхностей днищ резервуаров
Для защиты внешних поверхностей применяются методы протекторной и катодной защиты наложенным током, разработано большое количество схем. Выбор метода и решения рассматривается исходя из данных объекта. Так применение защиты с помощью протекторов эффективно только в низкоомных грунтах (до 50 Ом-м). В высокоомных грунтах такой метод необходимой защищенности не обеспечивает. Катодная защита внешними источниками тока более сложная, требует использование станции катодной защиты с источником постоянного тока, но мало зависит от удельного сопротивления грунта и имеет неограниченный энергетический ресурс.Катодная защита внешних поверхностей днищ вертикальных резервуаров
Наиболее эффективным видом защиты РВС является активная катодная защита при помощи протяженного анодного заземлителя укладываемого под днище резервуаров. Но данный случай применим только в случае монтажа резервуаров, либо при его капитальном ремонте. При необходимости защиты внешней стороны днища уже смонтированного резервуара применяются глубинные анодные заземлители, которые можно смонтировать за пределами резервуарного парка. Катодная поляризация средствами ЭХЗ должна обеспечивать уровень защитных потенциалов на всей поверхности резервуаров .Типовая схема катодной защиты резервуара состоит из следующих элементов:
Анодные заземлители выпускаемые Корпорацией ПСС соответствуют требованиям предъявляемых для защиты днищ резервуаров, выполняются из маслобензостойких материалов, имеют долгий срок службы, экологически безопасны. При устройстве катодной защиты днища анодные заземлители могут располагаться в земле рядом с резервуаром (при ЭХЗ резервуарных парков АЗ), или непосредственно под днищем. Так как срок службы РВС не менее 50 лет, их обычно проектируется с запасом, стандартная схема для обеспечения указанного срока службы смонтировать два самостоятельных контура анодных заземлителей со сроком службы одного контура не менее 25 лет. Второй контур вводится в эксплуатацию по окончании рабочего ресурса первого контура. При высокоомных грунтах применяют активатор при анодного пространства, он понижает сопротивление грунта. Кабельные выводы анодных заземлителей имеют индивидуальную проектную длину.
ЭПМ – электрод протяженный маслобензостойкий укладывается непосредственно под днище резервуара.
АЗП-РА – полимерный заземлитель используют при устройстве анодного поля за границами резервуара.
Анодные заземлители
Датчик коррозии БПИ-2 устанавливается для контроля остаточной скорости коррозии и уровня защитных потенциалов на днище РВС.
ЭДБ-2П – электрод сравнения. Предлагается использовать биметаллические электроды сравнения длительного действия, они изготовлены из пластин из химически чистых металлов меди и титана. Типовые медносульфатные электроды сравнения не годятся, т.к. к ним должен быть систематический доступ для заправки их медным купоросом.
Клеммный шкаф. Кабели каждого РВС выводят в клеммный шкаф, располагаемый за пределами каре резервуара.
Оборудование для катодной защиты резервуаров
Станция катодной защиты резервуаров обеспечивает телеконтроль и автоматическое поддержание требуемых величин защитных потенциалов и защитного тока СКЗ. Станции катодной защиты, выпускаемые ООО “ЗНГА Анодъ”, комплектуются системами телеметрии. СКЗ размещают за пределами взрывоопасной зоны, по возможности, в КТП.
Протекторная защита внешних поверхностей РВС
Основной задачей при проектировании протекторной защиты РВС является определение необходимого количества протекторов и срока их службы. Количество протекторов должно обеспечить минимально допустимую плотность защитного тока, в зависимости от удельного электросопротивления грунта и переходного сопротивления изоляции. Основными преимуществами данного метода являются простота монтажа и замены протекторов, экономичность, отсутствие необходимости подвода электроэнергии. Протекторная защита резервуаров осуществляется одиночными, групповыми сосредоточенными и групповыми рассредоточенными протекторами.Схемы и расположение элементов при устройстве протекторной защиты.
а – одиночными протекторами;
б – групповыми сосредоточенными протекторами;
в – групповыми рассредоточенными протекторами;
1 – резервуар; 2 – протекторы; 3 – контрольно-измерительные колонки; 4 – дренажный провод.
Протектор ПМ-У, стойка КИП, БДРМ
При устройстве протекторной защиты внешних поверхностей резервуаров применяют протекторы магниевые упакованные – ПМ-У.
Протектор ПМ-У представляет собой анод со стальным сердечником и кабель выводом, анод упаковывают в мешок наполненный активатором при анодного пространства. Протекторы ПМ-У изготавливаются с анодами разных размеров ПМ-5У, ПМ-10У, ПМ-20У.
Помимо собственно протекторов используются контрольно-измерительные стойки КИП для снятия значении защитного потенциала. Стойки КИП могут быть блоком БДРМ или БСЗ.
Наша компания наладила выпуск кабеля КГН-ЭХЗ отличительной особенностью которого является маслобензостойкая оболочка.
Протекторная защита внешних поверхностей газгольдеров
В силу затратности катодного метода, газгольдеры и остальные подземные емкости, в основном, защищают при помощи протекторной анодно-катодной системы, описанной выше. Для подобной защиты не требуется электроэнергия, но необходима периодическая замена протектора. Для его замены бурят шурф возле резервуара, укладывают туда новый протектор и переключают на него провод. Также защитная система выступает в роли заземлителя.Преимущества комплекта протекторной защиты:
– для подключения к емкости используются магнитные контакты. Это исключает лишние работы по приварке;
– работа протектора полностью отслеживается на КИП, это позволяет получать полные данные о его состоянии;
– невысокие затраты по установке и замене.
В состав комплекта для защиты газгольдеров могут входить:
– Контрольно-измерительный пункт КИП
– Протектор упакованный магниевый ПМ-У
– Электрод сравнения медносульфатный неполяризующийся Энес-4М
– Контакт магнитный КМ-1 создает надежное соединение и не требует приварки.
– Кабель КГН-ЭХЗ
Корпорация ПСС предлагает услуги по проектированию, монтажу и обследованию защиты резервуаров от коррозии.
Катодная защита трубопроводов от коррозии: принцип действия
Причины коррозии
Сети трубопроводов систем жизнеобеспечения распространены по всей территории России. С их помощью эффективно транспортируется газ, вода, нефтепродукты и нефть. Не так давно был проложен трубопроводов для транспортировки аммиака. Большинство видов трубопроводов выполнены из металла, а главный их враг – это коррозия, видов которой имеется много.
Причины образования ржавчины на металлических поверхностях основаны на свойствах окружающей среды, как наружной, так и внутренней коррозии трубопроводов. Опасность образования коррозии для внутренних поверхностей основана на:
- Взаимодействии с водой.
- Наличии в воде щелочей, солей или кислот.
Такие обстоятельства могут сложиться на магистральных водопроводах, системах горячего водоснабжения (ГВС), пара и отопления. Не менее важным фактором является способ прокладки трубопровода: наземный или подземный. Первый проще обслуживать и устранять причины образования ржавчины, по сравнению со вторым.
При способе прокладывания “труба в другую трубу” риск возникновения коррозии находится на невысоком уровне. При непосредственном выполнении монтажа трубопровода на открытом воздухе возможно образование ржавчины от взаимодействия с атмосферой, что тоже приводит к изменению конструкции.
Трубопроводы, расположенные под землей, в том числе пара и горячей воды наиболее уязвимы к коррозии. Возникает вопрос о подверженности к коррозии труб, расположенных на дне водоисточников, но лишь небольшая часть магистралей расположена в этих местах.
Согласно предназначению трубопроводы с риском возникновения коррозии подразделяются на:
- магистральные;
- промысловые;
- для систем отопления и жизнеобеспечения населения;
- для сточной воды от промышленных предприятий.
Подверженность коррозии магистральных трубопроводных сетей
Коррозия трубопроводов данного типа наиболее хорошо изучена, и их защита от воздействия внешних факторов определена стандартными требованиями. В нормативных документах рассматриваются способы защиты, а не причины, исходя из которых происходит образование ржавчины.
Не менее важно учитывать, что при этом рассматривается только наружная коррозия, которой подвержен внешний участок трубопровода, так как внутри магистрали проходят инертные газы. Не столь опасно в этом случае контактирование металла с атмосферой.
Для защищенности от коррозии по ГОСТ рассматриваются для нескольких участок трубопровода: повышенной и высокой опасности, а также коррозионно-опасных.
Воздействие негативных факторов из атмосферы для участков повышенной опасности или виды коррозии:
- От источников постоянного тока возникновение блуждающих токов.
- Воздействие микроорганизмов.
- Созданное напряжение провоцирует растрескивание металла.
- Хранение отходов.
- Соленые почвы.
- Температура транспортируемого вещества выше 300 °С.
- Углекислотная коррозия нефтепровода.
Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии должен знать конструкцию трубопровода и требования СНиП.
Электрохимическая коррозия от грунта
Вследствие разности напряжений, образовавшихся на отдельных участках трубопроводов, возникает поток электронов. Процесс образования ржавчины происходит по электрохимическому принципу. На основании этого эффекта часть металла в анодных зонах растрескивается и перетекает в основание почвы. После взаимодействия с электролитом образовывается коррозия.
Одним из значимых критериев для обеспечения защиты от негативных проявлений является длина магистрали. На пути попадаются почвы с разным составом и характеристикой. Все это способствует возникновению разности напряжений между частями проложенных трубопроводов. Магистрали обладают хорошей проводимостью, поэтому происходит образование гальванопар с достаточно большой протяженностью.
Увеличение скорости коррозии трубопровода провоцирует высокая плотность потока электронов. Не меньшее значение играет и глубина расположения магистралей, так как на ней сохраняется существенный процент влажности, и температуры, которая ниже отметки “0” не отпускается. На поверхности труб также остается прокатная окалина после обработки, а это влияет на появление ржавчины.
Путем проведения исследовательских работ установлена прямая зависимость между глубиной и площадью образованной ржавчины на металле. Это основано на том, что металл с большей площадью поверхности наиболее уязвим к внешним негативным проявлениям. К частным случаям можно отнести проявление на стальных сооружениях значительно меньших количеств разрушений под действием электрохимического процесса.
Агрессивность грунтов к металлу, прежде всего, определяется их собственной структурной составляющей, влажностью, сопротивлением, насыщенностью щелочами, воздушной проницаемостью и иными факторами. Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии должен быть ознакомлен с проектом на строительство магистрали.
Коррозия под влиянием блуждающих токов
Ржавчина может возникать от переменного и постоянного потока электронов:
- Образование ржавчины под воздействием тока постоянных величин. Блуждающими токами называются токи, находящиеся в почве и в конструктивных элементах, расположенных под землей. Их происхождение антропогенное. Они возникают в результате эксплуатации технических устройств постоянного тока, распространяющегося от зданий или сооружений. Ими могут быть сварочные инверторы, систем защиты от катодов и иные устройства. Ток стремится пройти по пути наименьшего показателя сопротивления, в результате, при имеющихся в наличии трубопроводах в земле, току будет гораздо легче пройти через металл. Анодом является участок трубопровода, из которого блуждающий ток выходит на поверхность почвы. Часть трубопровода, в который попадает ток, играет роль катода. На описанных анодных поверхностях токи имеют повышенную плотность, поэтому именно в этих местах образовываются значительные коррозионные места. Скорость коррозии не ограничивается и может быть до 20 мм в год.
- Образование ржавчины под воздействием переменного тока. При расположении около магистралей линий электропередач с напряжением сети свыше 110 кВ, а также параллельном расположении трубопроводов под влиянием переменных токов образовывается коррозия, в том числе коррозия под изоляцией трубопроводов.
Защита трубопровода от коррозии
Трубопроводные магистрали сегодня являются наиболее распространенным средством для осуществления доставки носителей энергии. К сожалению, у них есть существенный недостаток – они подвержены образованию ржавчины. Чтобы избежать появления коррозии на магистральных трубопроводах, выполняют катодную защиту. В чем же заключается ее принцип действия?
В наши дни существует много способов защиты водопроводов от коррозии. Суть их проста: металл, из которого изготовлены трубы, вступает в реакцию с определенными растворами и веществами. Результатом процесса становится образование небольшой защитной пенки.
Специалистами выделяются следующие методы защиты трубопроводов от коррозии:
Электрохимическая защита
Достаточно результативный способ защиты металлоконструкций от электрохимической коррозии. Иногда воссоздать лакокрасочную оболочку или защитное оберточное покрытие просто невозможно. Вот в таких случаях и уместно применение электрохимической защиты.
Восстановление покрытия трубопровода, расположенного под землей, или днища морского судна – процесс достаточно трудоемкий и дорогой, а в некоторых случаях и невозможный. Благодаря электрохимической защите изделие будет надежно защищено от коррозии: покрытия подземных трубопроводов, днищ судов, всевозможных резервуаров не будут разрушаться.
- Используется метод в ситуациях, когда потенциал свободной коррозии пребывает в области усиленного распада основного металла или перепассивации. То есть, когда металлоконструкция интенсивно разрушается.
- При электрохимической защите к изделию из металла подключают постоянный электрический ток. Благодаря ему на поверхности металлической конструкции образуется катодная поляризация электродов микрогальванических пар и анодные области становятся катодными. А вследствие негативного влияния коррозии разрушается не металл, а анод.
- Электрохимическая защита может быть анодной или катодной: это будет зависеть от того, в какую сторону сдвинется потенциал металла (в положительную или в отрицательную).
Катодная защита
Метод, достаточно часто используемый для защиты металлоконструкций от коррозии. Применяется в тех случаях, когда металл не имеет склонности к пассивации. Суть метода проста: к изделию подается внешний электроток от отрицательного полюса, который обеспечивает поляризацию катодных участков коррозионных составляющих и поднимает значение потенциала до анодных. После прикрепления положительного полюса источника тока к аноду коррозия защищаемого изделия становится почти нулевой.
Анод требует периодической замены, так как со временем происходит его разрушение.
- Способы катодной защиты: поляризация от внешнего источника электротока, торможение развития катодного процесса, связь с металлом, имеющим более электроотрицательный потенциал свободной коррозии в определенной среде (протекторная защита).
- С помощью поляризации от внешнего источника электротока защищают конструкции, находящиеся в почве и в воде, цинк, олово, алюминий и его сплавы, титан, медь и ее сплавы, свинец, высокохромистые, углеродистые, низколегированные и высоколегированные стали.
- Роль внешнего источника электротока выполняют станции катодной защиты. Их главные составляющие — выпрямитель, токоподвод к защищаемому объекту, анодные заземлители, электрод сравнения и анодный кабель.
- Катодная защита может быть использована в качестве самостоятельного или дополнительного способа коррозионной защиты.
Основной показатель результативности метода – защитный потенциал. Защитным называют тот потенциал, при котором быстрота коррозионного процесса металлического изделия становится минимальной.
Однако катодная защита обладает определенными недостатками. Один из них – опасность перезащиты. Такой эффект может наблюдаться в случае большого смещения потенциала защищаемого изделия в отрицательную сторону. Вследствие этого разрушаются защитные оболочки, начинается водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание.
Протекторная защита
Вид катодной защиты, в процессе которого к защищаемому объекту подсоединяют металл с более высоким электроотрицательным потенциалом. При этом разрушается не металлоконструкция, а протектор. Через определенный промежуток времени протектор корродирует и его потребуется заменить на новый.
Коррозионное растрескивание под влиянием напряжения
Если на металлическую поверхность одновременно воздействуют внешние негативные факторы и высокое напряжение от ЛЭП, создающее растягивающие усилия, то происходит образование ржавчины. Согласно проведенным исследованиям получила свое место водородно-коррозионная новая теория.
Трещины небольшого размера образовываются при насыщении трубы водородом, которое после обеспечивает увеличение давления изнутри до показателей, выше положенного эквивалента связи атомов и кристаллов.
Под влиянием диффузии протонов производится наводораживание поверхностного слоя под влияние гидролиза при повышенных уровнях катодной защищенности и одновременного воздействия неорганических соединений.
После того как трещина раскроется, происходит ускорение процесса ржавление металла, которое обеспечивается грунтовым электролитом. В итоге под влиянием механических воздействий металл подвергается медленному разрушению.
Коррозия под влиянием микроорганизмов
Микробиологической коррозией называется процесс образования ржавчины на трубопроводе под влиянием живых микроорганизмов. Это могут быть водоросли, грибки, бактерии, в их числе простейшие организмы. Установлено, что размножение бактерий наиболее существенно влияет на этот процесс. Для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов необходимо создание условий, а именно нужен азот, влажность, воды и соли. Также условия такие, как:
- Температурно-влажностные показатели.
- Давление.
- Наличие освещенности.
- Кислород.
При выделении кислотной среды организмы также могут вызвать коррозию. Под их влиянием на поверхности проявляются каверны, имеющие черный цвет и неприятный запах сероводорода. Бактерии, содержащие сульфаты присутствуют практические во всех почвах, но скорость коррозии увеличивается при увеличении их количества.
Что такое электрохимическая защита
Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии – это комплекс мер, направленных на недопущение развития коррозии под воздействием электрического поля. Для преобразования постоянного тока применяются специализированные выпрямители.
Защита от коррозии производится созданием электромагнитного поля, в результате чего приобретается отрицательный потенциал или участок исполняет роль катода. То есть отрезок стальных трубопроводов, огражденный от образования ржавчины, приобретает отрицательный заряд, а заземление – положительный.
Катодная защита трубопроводов от коррозии сопровождает электролитической защищенностью с достаточной проводимостью среды. Такую функцию выполняет грунт, при прокладывании металлических подземных магистралей. Контактирование электродов осуществляется через токопроводящие элементы.
Индикатор для определения показателей коррозии – это высоковольтный вольтметр или датчик коррозии. С помощью этого прибора контролируется показатель между электролитом и грунтом, конкретно для этого случая.
Принципиальная схема протекторной защиты
1 — трубопровод; 2 — протектор; 3 — соединительный провод; 4 — контрольно-измерительная колонка
Таким образом, разрушение металла все равно имеет место. Но не трубопровода, а протектора.
Теоретически для защиты стальных сооружений от коррозии могут быть использованы все металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений левее железа, так как они более электроотрицательны. Практически же протекторы изготавливаются только из материалов, удовлетворяющих следующим требованиям:
- разность потенциалов материала протектора и железа (стали) должна быть как можно больше;
- ток, получаемый при электрохимическом растворении единицы массы протектора (токоотдача), должен быть максимальным;
- отношение массы протектора, израсходованной на создание защитного тока, к общей потере массы протектора (коэффициент использования) должно быть наибольшим.
Данным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют сплавы на основе магния, цинка и алюминия.
Протекторную защиту осуществляют сосредоточенными и протяженными протекторами. В первом случае удельное электросопротивление грунта должно быть не более 50 Ом-м, во втором — не более 500 Ом·м.
Электродренажная защита трубопроводов
Метод защиты трубопроводов от разрушения блуждающими токами, предусматривающий их отвод (дренаж) с защищаемого сооружения на сооружение — источник блуждающих токов либо специальное заземление, называется электродренажной защитой.
Применяют прямой, поляризованный и усиленный дренажи.
Как классифицируется электрохимическая защита
Коррозия и защита магистральных трубопроводов и резервуаров от нее контролируются двумя способами:
- К металлической поверхности подводиться источник от тока. Этот участок приобретает отрицательный заряд, то есть исполняет роль катода. Аноды – это инертные электроды, которые никакого отношения к конструктивному исполнению не имеют. Этот способ считается наиболее распространенным, и электрохимическая коррозия не возникает. Такая методика направлена на недопущение следующих разновидностей коррозий: питтинговой, по причине присутствия блуждающих токов, кристаллического типа нержавеющей стали, а также растрескиванию элементов из латуни.
- Гальванический способ. Защита магистральных трубопроводов или протекторная защита осуществляется металлическими пластинами с большими показателями отрицательных зарядов, изготовленными из алюминия, цинка, магния либо их сплавов. Аноды – это два элемента, так называемые ингибиторы, при этом медленное разрушение протектора способствует поддержанию в изделии катодного тока. Протекторная защита используется крайне редко. ЭХЗ выполняется на изоляционное покрытие трубопроводов.
Возможности предотвратить коррозию
Вокруг способов защитить свою машину от ржавчины в водительском сообществе есть много народных мифов. В реальности возможны два пути:
- Оградить поверхность металла кузова от контакта с электролитами – водой, воздухом.
- Внешним источником энергии изменить потенциал поверхности так, чтобы железный кузов из анода превратился в катод.
Первая группа методов – это разнообразные защитные антикоррозионные покрытия, грунтовки и лакокраска. Хозяева машин тратят серьезные деньги, но стоит понимать: таким путем коррозию не прекратить. Только затрудняется доступ активного реагента к кузовному железу.
Вторая группа способов, в отличие от антикоррозионной обработки, способна полностью остановить сам механизм ржавления железа и даже частично восстановить уже окислившийся металл.
Антикоррозийная обработка автомобиля
Электрохимические технологии защиты можно разделить на две технологии:
- Используя внешний источник электричества (аккумуляторную батарею авто), с помощью специальной схемы создать избыток положительного потенциала на кузове, чтобы электроны не покидали металл, а притягивались в него. Это – катодная защита автомобиля.
- Разместить на кузове элементы из более активного металла, чтобы создать гальваническую пару, в которой тот станет анодом, а корпус автомобиля – катодом. Этот метод вообще не нуждается в подключении к батарее и называется протекторной, или анодной, защитой.
Рассмотрим каждый из способов.
Об особенностях электрохимической защиты
Основной причиной разрушения трубопроводов является следствие коррозии металлических поверхностей. После образования ржавчины образовывают трещины, разрывы, каверны, которые постепенно увеличиваются в размерах и способствуют разрыву трубопровода. Это явление чаще происходит у магистралей, проложенных под землей, или соприкасающихся с грунтовыми водами.
В принципе действия катодной защиты заложено создание разности напряжений и действия двумя вышеописанными методами. После проведенных измерительных операций непосредственно на местности расположения трубопровода выяснено, что нужный потенциал, способствующий замедлению процесса разрушения должен составлять 0,85В, а у подземных элементов это значение равно 0,55В.
Для замедления скорости коррозии следует снизить катодное напряжение на 0,3В. При таком раскладе, скорость коррозии не будет более 10 мкм/год, а это существенно продлить срок службы технических устройств.
Одна из значимых проблем – это наличие блуждающих токов в грунте. Такие токи возникают от заземлений зданий, сооружений, рельсовых путей и иных устройств. Тем более невозможно провести точную оценку, в каком месте они могут проявиться.
Для создания разрушающего воздействия достаточно заряда стальных трубопроводов положительным потенциалом по отношению к электролитическому окружению, к ним относятся магистрали, проложенные в грунте.
Для того чтобы обеспечить контур током необходимо подвести внешнее напряжение, параметры которого будут достаточными для пробивания сопротивления грунтового основания.
Как правило, подобные источники – это линии электропередач с показателями мощностей от 6 до 10 кВт. Если электрический ток невозможно подвести, то можно использовать дизельные или газовые генераторы. Монтер по защите подземных трубопроводов от коррозии перед выполнением работ должен быть ознакомлен с проектными решениями.
Как сделать устройство для катодной защиты самому
Если не ставить перед собой цель изготовления системы со сложными блокировками от короткого замыкания, слежением за расходом заряда батареи, светодиодной индикацией, то само устройство можно элементарно изготовить и самому.
Катодная защита кузова (схема)
Простейший вариант включает лишь разгрузочный резистор определенного номинала (500-1000 ом), через который плюсовая клемма аккумулятора соединяется с защитными электродами. Потребляемый ток должен находиться в интервале 1-10 мА. Защитный потенциал теоретически достаточен в размере 0,44 В (величина электроотрицательного потенциала чистого железа). Но с учетом сложного состава стали, наличия дефектов кристаллической структуры и иных действующих факторов принимается в районе 1,0 В.
Катодная защита
Чтобы снизился процент возникновения ржавчины на поверхности труб, используются станции электродной защиты:
- Анодная, выполненная в виде заземляющих проводников.
- Преобразователи постоянных потоков электронов.
- Оборудование пункта управления процессом и контроля за этим процессом.
- Кабельные и проводные соединения.
Станции катодных защит достаточно результативны, при непосредственном соединении с линией электропередачи или генератору, они обеспечивают ингибирующее действие токов. При этом обеспечивается защита одновременно нескольких участков трубопровода. Регулировка параметров производиться вручную или автоматически. В первом случае используются обмотки трансформаторов, а во втором – тиристоры.
Наиболее распространенной на территории России является высокотехнологичная установка – Миневра -3000. Ее мощности предостаточно для осуществления защиты 30000 м магистралей.
Достоинства технического устройства:
- высокие характеристики мощности;
- обновление режима работы после перегрузок через четверть минуты;
- с помощью цифрового регулирования осуществляется контроль за рабочими параметрами;
- герметичность высокоответственных соединений;
- подключение устройства к дистанционному контролю за процессом.
Также применяются АСКГ-ТМ, хотя они их мощность невелика, их оснащение телеметрическим комплексом или дистанционным управлением позволяет им быть не менее популярными.
Схема изоляционной магистрали водопровода или газопровода должна быть на месте проведения работ.
Видео: катодная защита от коррозии – какой бывает и как выполняется?
Протекторная защита
Принцип действия протекторной защиты аналогичен работе гальванического элемента.
Два электрода: трубопровод 1 и протектор 2, изготовленный из более электроотрицательного металла, чем сталь, опущены в почвенный электролит и соединены проводом 3. Так как материал протектора является более электроотрицательным, то под действием разности потенциалов происходит направленное движение электронов от протектора к трубопроводу по проводнику 3. Одновременно ион-атомы материала протектора переходят в раствор, что приводит к его разрушению. Сила тока при этом контролируется с помощью контрольно-измерительной колонки 4.
Коррозия.indd
%PDF-1.3 % 1 0 obj >]/Pages 3 0 R/Type/Catalog/ViewerPreferences>>> endobj 2 0 obj >stream 2015-04-13T15:14:10+06:002015-04-13T15:14:16+06:002015-04-13T15:14:16+06:00Adobe InDesign CS5 (7.0)
Электрохимическая коррозия металла. Катодная защита. Анодная защита. Пассивная защита. Электродные потенциалы – таблица.
Электрохимическая коррозия металла. Катодная защита. Анодная защита. Пассивная защита. Электродные потенциалы – таблица.
Под коррозией металлов понимают в подавляющем большинстве случаев окисление материала. На практике, наибольший вред приносит т.н. электрохимическая коррозия, сопровождающаяся активным переносом вещества. Металлические поверхности подвержены электрохимическому разрушению (коррозии) при вступлении в контакт с электролитами ( агентами коррозии). Таковыми агентами могут служить атмосферные газы, такие как морской, городской или промышленный воздух ( т.е. диоксид серы, хлорид и сульфит водорода и т.д.) или активные жидкости – рассолы, щелочи, морская вода и т.д. (например –отпечатки потных рук).
Если в результате попадания агента коррозии на металлические поверхности образуется гальваническая пара, то перенос вещества с одного электрода пары на другой интенсифицируется многократно. Скорость коррозии определяется разностью электродных потенциалов пары. Этот процесс и подразумевается обычно, когда говорят об электрохимической коррозии.
Имея тенденцию отдавать электроны, в силу отрицательного электродного потенциала большинство металлов, в процессе коррозии окисляются. Если на защищаемый объект подать некий дополнительный положительный потенциал = поддержать на нем некий отрицательный потенциал порядка десятой доли вольта, то вероятность окислительной реакции падает почти до нуля. Данный способ защиты подразумевается обычно, когда говорят о катодной защите.
Если в точку вероятной коррозии поместить некое количество вещества, имеющего более низкий электродный потенциал (например, цинк или магний для защиты железа), то окислительная реакция будет идти на нем. Следует обеспечить хороший электрический контакт между этим дополнительным защитным анодом (sacrificial anode) и защищаемым металлом. Догадались, зачем цинкуют трубы? А листы железа для кровли? Естественно, когда защитный анод растворится целиком, все пойдет своим чередом.
Под пассивной защитой понимают покрытие защищаемого образца диэлектриком для предотвращения возникновения гальванической цепи. Например, можно покрасить металлическую конструкцию масляной краской и т.д.
Таблица. Стандартные электродные потенциалы некоторых веществ:
| Материал | Потенциал в В | Металл (М) Не металл (НМ) |
| Литий (Li) | -3.04 | М |
| Калий (K) | -2.92 | М |
| Барий (Ba) | -2.90 | М |
| Кальций (Ca) | -2.87 | М |
| Натрий (Na) | -2.71 | М |
| Магний (Mg) | -2.36 – -2.37 | М |
| Алюминий (Al) | -1.68 | М |
| Марганец (Mn) | -1.18 – -1.19 | М |
| Цинк (Zn) | -0.76 | М |
| Хром(Cr) | -0.74 | М |
| Сера (S), твердая | -0.48 – -0.51 | НМ |
| Железо (Fe) | -0.41 – -0.44 | М |
| Кадмий (Cd) | -0.40 | М |
| Таллий (Tl) | -0.34 | М |
| Кобальт (Co) | -0.28 | М |
| Никель (Ni) | -0.23 | М |
| Олово (Sn) | -0.14 | М |
| Свинец (Pb) | -0.13 | М |
| Водород (2H) | 0.00 | |
| Медь (Cu) | +0.15 | М |
| Йод (I), твердый | +0.54 | НМ |
| Серебро (Ag) | +0.80 | М |
| Ртуть (Hg) | +0.85 | М |
| Бром (Br), жидкий | +1.07 | НМ |
| Платина (Pt) | +1.20 | М |
| Хлор (Cl), газ | +1.36 | НМ |
| Золото (Au) | +1.50 | М |
| Фтор (F), газ | +2.87 | НМ |
– “-” : ,
КаПроЗа-Лайт:
– Уменьшает скорость коррозии на 300-500%.
– Увеличивает ресурс кузова автомобиля в несколько раз.
Устройство электрохимической защиты автомобиля от коррозии “КаПроЗа-Лайт” предназначено для предохранения от дальнейшего распространения коррозии на деталях кузова автомобиля массой до 2 тонн. Действие устройства распространяется на большую часть поверхности кузова, в том числе недоступные и труднодоступные места, такие как днище автомобиля, внутренние части передних и задних крыльев, пороги, пол в салоне, внутренняя поверхность крышки багажника и капота, задние стенки багажного отделения, потолок салона, внутренние поверхности дверей, а также защищает от коррозии поврежденные в результате аварии части кузова.
В основу работы устройства «КаПроЗа-Лайт» положен принцип катодной поляризации металла кузова и создании гальванической пары между кузовом автомобиля и дополнительным электродом. Путем создания небольшого отрицательного потенциала (0,1-0,2 В) на кузове автомобиля процесс окисления металла практически прекращается. При катодной поляризации железу устройством сообщается такой отрицательный потенциал, при котором его окисление становится термодинамически маловероятным. Кроме того, за счет разрушения цинковых протекторов происходит замещение ионов железа ионами цинка (оцинковка).
Компплект «КаПроЗа-Лайт» состоит:
1) Из электронного блока формирования защитного потенциала, двух проводов (желтый и красный) с бензомаслостойкой изоляцией и гибкого спуска (трос в оплетке ПВХ) на анод, в качестве которого выступает земля;
2) Коррозийных протекторов (двух пластин массой 500 гр. каждая), закрепляемых по углам прямоугольника на днище автомобиля болтовым соединением. При этом место контакта днища должно быть зачищено до металлического блеска. Гальваническая пара материалов днища и пластин создаёт ток, разрушающий пластины и защищающий кузов от коррозии. Один раз в два года необходимо очищать место контакта пластин и днища от грязи и выправлять напильником (или наждачной бумагой) образовавшиеся неровности на поверхности каждой пластины.
Подробная информация
Характеристики
| Страна производитель | Беларусь |
| Источник питания (электронный блок) | 12 В, DC, бортовая сеть автомобиля |
| Потребляемый ток (электронный блок) | 5 мА |
| Потребляемая мощность (электронный блок) | 0,006 Вт |
| Плотность защитного тока (электронный блок) | 50 мкА/ м² |
| Металл протектора | цинк (Zn) |
| Масса протектора | 500 гр. |
| Токоотдача протектора | 820 А∙ч/кг |
| Стационарный потенциал Uн | -0,76 В |
| Плотность защитного тока (протектора) | 25 мА/м² |
| Защищаемая площадь поверхности | 7 м² (один протектор) |
| Срок службы (протектора) | 10 лет (ориентировочно) |
| Количество протекторов в комплекте | 2 шт. |
| Снижение скорости коррозии | 490,3 % (4,9 раза) |
Ученые предложили перспективный органический материал для аккумуляторов
Ученые Сколтеха и их коллеги опубликовали статью, в которой описывается органический материал для нового поколения систем хранения энергии. Авторы предложили элегантный принцип молекулярного дизайна, с помощью которого в будущем станет возможным создание материалов с еще более перспективными свойствами. Статья с описанием результатов опубликована в журнале ACS Applied Energy Materials. Работе посвящена обложка свежего выпуска журнала.
Обложка журнала ACS Applied Energy Materials том 4, выпуск 5, автор: ACS Applied Energy Materials
Устройства для хранения энергии находят все более широкое применение в современном мире, что подчеркивает необходимость внедрения надежных, экономичных и экологически безопасных технологий аккумуляторов с возможностью простой утилизации и использования доступных материалов. Одно из наиболее перспективных решений этой задачи – аккумуляторы, основанные на органических материалах, обладающих большой удельной емкостью, долгим сроком службы и способностью к быстрому заряду. Однако органические катодные материалы с привлекательными свойствами, которые могут производиться в крупных масштабах, плохо исследованы и требуют дальнейшей разработки.
Для решения этой проблемы исследователи Сколтеха предложили простой редокс-активный полиимид, синтезируемый путем нагрева смеси двух доступных компонентов − ароматического диангидрида и мета-фенилендиамина. Материал показал привлекательные свойства в различных системах хранения энергии, таких как литиевые, натриевые и калиевые аккумуляторы. Он обладал высокой удельной емкостью (до ~140 мАч/г) и относительно высокими электрохимическими потенциалами, сохранял стабильность при циклировании (до 1000 циклов) и имел способность к быстрому заряду (менее чем за 1 минуту).
По показателям удельной энергоемкости и мощности материал превзошел ранее исследованный изомер – пара-фенилендиамин. С участием специалистов Института проблем химической физики РАН было показано, что улучшение свойств объясняется двумя причинами. Во-первых, новый материал имеет меньший размер частиц и заметно более высокую удельную площадь поверхности, что облегчает процесс диффузии носителей заряда. Во-вторых, пространственное расположение соседних имидных звеньев в полимере обеспечивает более энергетически выгодное взаимодействие с ионами металлов, что приводит к повышению потенциалов.
«Эта работа интересна не просто потому, что мы исследовали новый органический катодный материал, − рассказывает автор разработки, аспирант Сколтеха Роман Капаев. − Мы предложили новый принцип молекулярного дизайна полиимидов для аккумуляторов, заключающийся в использовании ароматических молекул с аминогруппами в мета-положениях в качестве строительных блоков. Долгое время ученые уделяли мало внимания этому структурному мотиву и использовали в основном пара-фенилендиамин или аналогичные структуры. Полученные результаты позволяют лучше понять, какими на молекулярном уровне должны быть структуры полиимидов для аккумуляторов. В перспективе наши результаты могут стать основой для создания катодных материалов с улучшенными характеристиками».
Источник информации и фото: Сколтех
показывает общую схему катодно-анодной пары с экраном …
Контекст 1
… установка. Как показано на рисунках 2, 3 и 4, электроды имеют экранирование и расположены так, чтобы Представьте конфигурацию, показанную на Рисунке 10, для оценки влияния прямых, наклонных катодов и узелков на текущую эффективность местного тока. …
Контекст 2
… краткое описание процесса необходимо из-за разницы в способах представления и сбора данных.Процесс начинается с получения трехмерного изображения поверхности отложения, как показано на Рисунке 30. На Рисунке 30 показано сканирование катода конкреций с основанием, на котором оно было сканировано. …
Контекст 3
… процесс начинается с получения трехмерного сканирования поверхности отложения, как показано на рисунке 30. На рисунке 30 показано сканирование катода конкреций с основанием, на котором оно было сканировано. Основание ориентировано по осям x, y, z посредством переноса и вращения. …
Контекст 4
… максимальная плотность тока занижена примерно на 130 А / м 2. Это может быть связано с дополнительными конкрециями, показанными на рисунке 30. Они были включены для тестирования различных форм, и в случае этой модели использовалась геометрия среднего конкреции. …
Контекст 5
… почему на Рисунке 16 ток не достигает нуля в основании узелка. На рисунке 32 показана концентрация меди на моделированной поверхности катода. Вариация весьма заметна, особенно вдоль узла, где перенос массы сильно меняется….
Контекст 6
… важно учитывать, что в двухмерном представлении эта функция рассматривается как бесконечно широкая, и поток вокруг сторон узла не учитывается. На рисунке 33 показана концентрация меди в ячейке. Обратите внимание на концентрации, обусловленные эффектами потока из конкреции и образующегося пограничного слоя. …
Context 7
… все три представленные геометрии катода в виде узелков показывают наибольшие отклонения по длине катода.На рисунках 33 и 32 сопротивление связанного электролита уменьшилось из-за близости анода, а вклад потока жидкости приводит к изменению концентрации меди. На рисунке 34 показана скорость электролита, которая объясняет эффекты массопереноса в ячейке. …
Context 8
… все три представленные геометрические формы катода с узелками демонстрируют наибольшие отклонения по длине катода. На рисунках 33 и 32 сопротивление связанного электролита уменьшилось из-за близости анода, а вклад потока жидкости приводит к изменению концентрации меди.На рисунке 34 показана скорость электролита, которая объясняет эффекты массопереноса в ячейке. …
Контекст 9
… На рисунках 33 и 32 сопротивление связанного электролита уменьшилось из-за близости анода, а вклад потока жидкости приводит к изменению концентрации меди. На рисунке 34 показана скорость электролита, которая объясняет эффекты массопереноса в ячейке. По сравнению с прямым катодом на фиг. 22, узелковый катод на фиг. 34 показывает небольшое уменьшение максимальной скорости жидкости, но в основном остается таким же, как прямой катод….
Контекст 10
… 34 показывает скорость электролита, которая объясняет эффекты массопереноса в ячейке. По сравнению с прямым катодом на фиг. 22, узелковый катод на фиг. 34 показывает небольшое уменьшение максимальной скорости жидкости, но в основном остается таким же, как прямой катод. Эта разница является результатом более низкой моделируемой плотности тока, как показано в Таблице VII. …
Контекст 11
… разница является результатом более низкой моделируемой плотности тока, как показано в Таблице VII.Наконец, на рис. 35 показана локальная доля газа в ячейке. Следует отметить более низкую долю газа, представленную в этой модели. …
Контекст 12
… условия создают гребень в залежи около вершины. Этот эффект показан на графиках скорости ячейки на рисунках 22, 28 и 34. Выбранная высота ячейки была случайной. …
Гальванические элементы | Введение в химию
Цель обучения
- Напомним, что восстановление происходит на катоде, а окисление происходит на аноде в гальваническом элементе
Ключевые моменты
- Окисление описывает потерю электронов молекулой, атомом или ионом.
- Редукция описывает усиление электронов молекулой, атомом или ионом.
- Электроны всегда текут от анода к катоду.
- Полуячейки соединены солевым мостиком, который позволяет ионам в растворе перемещаться из одной полуячейки в другую, так что реакция может продолжаться.
Условия
- гальванический элемент Ячейка, например, в батарее, в которой в результате необратимой химической реакции вырабатывается электричество; аккумулятор, который нельзя перезарядить.
- редокс – обратимая химическая реакция, в которой одна реакция – окисление, а обратная – восстановление.
- полуэлемент Любая из двух частей электрохимической ячейки, содержащая электрод и электролит.
Электрохимическая ячейка – это устройство, вырабатывающее электрический ток из энергии, выделяющейся в результате спонтанной окислительно-восстановительной реакции. Этот вид ячейки включает гальваническую или гальваническую ячейку, названную в честь Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта. Эти ученые провели несколько экспериментов с химическими реакциями и электрическим током в конце 18 века.
Электрохимические ячейки имеют два проводящих электрода, называемых анодом и катодом. Анод определяется как электрод, на котором происходит окисление. Катод – это электрод, на котором происходит восстановление. Электроды могут быть изготовлены из любых достаточно проводящих материалов, таких как металлы, полупроводники, графит и даже проводящие полимеры. Между этими электродами находится электролит, содержащий ионы, которые могут свободно перемещаться.
В гальванической ячейке используются два разных металлических электрода, каждый в растворе электролита.Анод подвергнется окислению, а катод – восстановлению. Металл анода будет окисляться, переходя от степени окисления 0 (в твердой форме) к положительной степени окисления, и он станет ионом. На катоде ион металла в растворе будет принимать один или несколько электронов от катода, и степень окисления иона снизится до 0. При этом образуется твердый металл, который осаждается на катоде. Два электрода должны быть электрически соединены друг с другом, чтобы обеспечить поток электронов, который покидает металл анода и проходит через это соединение к ионам на поверхности катода.Этот поток электронов представляет собой электрический ток, который можно использовать для работы, например, для поворота двигателя или включения света.
Пример реакции
Принцип действия гальванического элемента – это одновременная реакция окисления и восстановления, называемая окислительно-восстановительной реакцией. Эта окислительно-восстановительная реакция состоит из двух полуреакций. В типичном гальваническом элементе окислительно-восстановительная пара – это медь и цинк, представленные в следующих полуэлементных реакциях:
Цинковый электрод (анод): Zn (s) → Zn 2+ (водн.) + 2 e –
Медный электрод (катод): Cu 2+ (водн.) + 2 e – → Cu (s)
Ячейки построены в отдельных стаканах.Металлические электроды погружены в растворы электролита. Каждая полуячейка соединена солевым мостиком, который обеспечивает свободный перенос ионных частиц между двумя клетками. Когда цепь замкнута, ток течет, и ячейка «производит» электрическую энергию.
Гальваническая или гальваническая ячейка Ячейка состоит из двух полуэлементов, соединенных солевым мостиком или проницаемой мембраной. Электроды погружены в растворы электролита и подключаются через электрическую нагрузку.- \ rightarrow Cu [/ латекс]). Во время реакции будет использоваться цинковый электрод, и металл будет уменьшаться в размерах, в то время как медный электрод станет больше из-за осажденной меди, которая образуется. Солевой мостик необходим, чтобы заряд не проходил через ячейку. Без солевого мостика электроны, образующиеся на аноде, будут накапливаться на катоде, и реакция прекратится.Гальванические элементы обычно используются в качестве источника электроэнергии. По своей природе они производят постоянный ток.Батарея – это набор гальванических элементов, соединенных параллельно. Например, свинцово-кислотная батарея имеет элементы с анодами из свинца и катодами из диоксида свинца.
Показать источникиBoundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:
| BAT54CV, 115 | 3439595 | Малосигнальный диод Шоттки, двойной парный общий катод, 30 В, 200 мА, 800 мВ, 2 А, 125 ° C NEXPERIA | Каждый (поставляется на отрезанной ленте) | Запрещенный товар Этот товар был ограничен для покупки администратором вашей компании. Минимальный заказ 5 шт. Только кратное 5 Пожалуйста, введите действительное количество ДобавлятьМин .: 5 Mult: 5 | Двойной парный общий катод | 30 В | 200 мА | СОТ-666 | |||
| BAT54CDW-7-F | 3577021 | Малосигнальный диод Шоттки, двухпарный общий катод, 30 В, 200 мА, 1 В, 600 мА, 125 ° C DIODES INC. | Каждый (поставляется на отрезанной ленте) | Запрещенный товар Этот товар был ограничен для покупки администратором вашей компании. Минимальный заказ 5 шт. Только кратное 5 Пожалуйста, введите действительное количество ДобавлятьМин .: 5 Mult: 5 | Двойной парный общий катод | 30 В | 200 мА | СОТ-363 | |||
| БАС40-05В, 115 | 2438944 | Малосигнальный диод Шоттки, двухпарный общий катод, 40 В, 120 мА, 1 В, 200 мА, 150 ° C NEXPERIA | Каждый (поставляется на полной катушке) Варианты упаковкиПредлагаемая замена для: 2438944 | Запрещенный товар Этот товар был ограничен для покупки администратором вашей компании. Минимальный заказ 4000 шт. Только кратные 4000 Пожалуйста, введите действительное количество ДобавлятьМин .: 4000 Mult: 4000 | Двойной парный общий катод | 40В | 120 мА | СОТ-666 |
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Voltaic Cells – Chemistry LibreTexts
В окислительно-восстановительных реакциях электроны передаются от одного вида к другому.Если реакция спонтанная, высвобождается энергия, которую затем можно использовать для полезной работы. Чтобы использовать эту энергию, реакция должна быть разделена на две отдельные половинные реакции: реакции окисления и восстановления. Реакции помещаются в два разных контейнера, и для перемещения электронов с одной стороны на другую используется проволока. При этом создается вольтово-гальванический элемент .
Введение
Когда происходит окислительно-восстановительная реакция, электроны передаются от одного вида к другому.-_ {3 \; (aq)} \) ионы. Ионы NO 3 – (водн.) можно игнорировать, поскольку они являются ионами-наблюдателями и не участвуют в реакции. В этой реакции медный электрод помещают в раствор, содержащий ионы серебра. Ag + (водный) будет легко окислять Cu (s) , что приводит к Cu 2 + (водный), , восстанавливаясь до Ag (s) .
Эта реакция высвобождает энергию. Однако когда твердый медный электрод помещают непосредственно в раствор нитрата серебра, энергия теряется в виде тепла и не может использоваться для выполнения работы.Чтобы обуздать эту энергию и использовать ее для полезной работы, мы должны разделить реакцию на две отдельные половинные реакции; Реакции окисления и восстановления. Проволока соединяет две реакции и позволяет электронам перемещаться с одной стороны на другую. При этом мы создали гальванический элемент .
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Гальванический элемент
Гальванический элемент (также известный как гальванический элемент) – это электрохимический элемент, который использует спонтанные окислительно-восстановительные реакции для выработки электричества.Он состоит из двух отдельных полуэлементов . Полуячейка состоит из электрода (полоски металла, M) в растворе, содержащем ионы M n + , в котором M – любой произвольный металл. Две полуэлементы связаны между собой проводом, идущим от одного электрода к другому. Соляной мостик также соединяется с полуячейками. Функции этих частей обсуждаются ниже.
Полуэлементы
Половина окислительно-восстановительной реакции происходит в каждой половине ячейки. Следовательно, можно сказать, что в каждой полуячейке происходит полуреакция.Когда две половинки соединяются вместе проволокой и солевым мостиком, создается электрохимическая ячейка.
Электроды
Электрод – это металлическая полоска, на которой происходит реакция. В гальваническом элементе окисление и восстановление металлов происходит на электродах. В гальванической ячейке два электрода, по одному в каждой полуячейке. Катод – это место, где происходит восстановление, а окисление происходит на аноде .
В электрохимии эти реакции протекают на металлических поверхностях или на электродах . Между металлом и веществами в растворе устанавливается окислительно-восстановительное равновесие. Когда электроды погружаются в раствор, содержащий ионы того же металла, это называется полуячейкой . Электролиты – это ионы в растворе, обычно в жидкости, который проводит электричество за счет ионной проводимости. Между атомами металла на электроде и ионными растворами могут происходить два возможных взаимодействия.
- Ион металла M n + из раствора может столкнуться с электродом, получив от него n электронов, и преобразоваться в атомы металла.Это означает, что ионы восстанавливаются.
- Атом металла на поверхности может потерять «n» электронов на электрод и войти в раствор в виде иона M n + , что означает, что атомы металла окисляются.
Когда электрод окисляется в растворе, он называется анодом , а когда электрод восстанавливается в растворе. он называется катодом .
- Анод : На аноде происходит реакция окисления.Другими словами, здесь металл теряет электроны. В приведенной выше реакции анодом является Cu (s), поскольку его степень окисления увеличивается от 0 до +2.
- Катод : Катод – это место, где происходит реакция восстановления. Здесь металлический электрод получает электроны. Возвращаясь к приведенному выше уравнению, катодом является Ag, поскольку его степень окисления уменьшается с +1 до 0, .
Вспоминая окисление и восстановление
Когда дело доходит до окислительно-восстановительных реакций, важно понимать, что означает «окисление» или «восстановление» металла.+ _ {(aq)} \) получает электрон, что означает его уменьшение. \ (Cu _ {(s)} \) теряет два электрона и окисляется.
Соляной мостик – жизненно важный компонент любого гальванического элемента. Это трубка, заполненная раствором электролита, например KNO 3 (s) или KCl (s) . Назначение солевого мостика состоит в том, чтобы сохранять растворы электрически нейтральными и обеспечивать свободный поток ионов от одной ячейки к другой. Без солевого мостика вокруг электродов будут накапливаться положительные и отрицательные заряды, что приведет к остановке реакции.
Назначение солевого мостика – поддерживать электрическую нейтральность растворов и обеспечивать свободный поток ионов от одной ячейки к другой.
Поток электронов
Электроны всегда текут от анода к катоду или от полуэлемента окисления к полуэлементу восстановления. С точки зрения ячейки E o полуреакций, электроны будут течь от более отрицательной половины реакции к более положительной половине реакции. Схема ячейки – это изображение электрохимической ячейки.На рисунке ниже показана диаграмма ячеек для гальваники, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {1} \) выше.
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Диаграмма ячеек . На рисунке ниже показана диаграмма ячеек для гальваники, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).
При рисовании диаграммы ячеек мы придерживаемся следующих соглашений. Анод всегда помещается на с левой стороны , а катод на с правой стороны . Соляной мост изображен двойными вертикальными линиями (||).o_ {cell} \) для гальванического элемента, образованного каждой реакцией.
Решение
1.a) Ba 2+ (водн.) → Ba (s) + 2e- с SRP (для противоположной реакции) E o = -2,92 В (анод; где происходит окисление)
Cu 2+ (водн.) + 2e- → Cu (s) с SRP E o = +0,340 В (катод; там, где происходит восстановление)
1.b) Al 3+ (водн.) → Al (s) + 3e – с SRP (для противоположной реакции) E o = -1.66 В (анод; там, где происходит окисление)
Sn 2+ (водн.) + 2e – → Sn (s) с SRP E o = -0,137 В (катод; там, где происходит восстановление)
2.a) Ba 2+ (водн.) | Ba (s) || Cu (s) | Cu 2+ (водн.)
2.b) Al (s) | Al 3+ (водн.) || Sn 2+ (водн.) | Sn (с)
3.а) E o ячейка = 0,34 – (-2,92) = 3,26 В
3.b) E o ячейка = -0,137 – (-1,66) = 1,523 В
Напряжение ячейки / потенциал ячейки
Показания вольтметра дают напряжение ячейки реакции или разность потенциалов между двумя двумя полуячейками. Напряжение ячейки также известно как потенциал ячейки или электродвижущая сила (ЭДС) и обозначается символом \ (E_ {cell} \).о_ {анод} \]
Значения E o сведены в таблицу для всех растворенных веществ при 1 M и всех газов при 1 атм. Эти значения называются стандартными потенциалами восстановления . Каждая полуреакция имеет различный восстановительный потенциал, разность двух восстановительных потенциалов дает напряжение электрохимической ячейки. Если ячейка E o положительна, реакция является спонтанной, и это гальваническая ячейка. Если ячейка E o отрицательная, реакция не является спонтанной и называется электролитической ячейкой.
Список литературы
- Брэди, Джеймс Э., Холум, Джон Р. «Химия: исследование материи и ее изменений», John Wiley & Sons Inc 1993
- Браун, Теодор Л., Лемей, Х. Юджин-младший. Третье издание «Химия: центральная наука», Прентис-Холл, Инк. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси 07632 1985
- Браун, Теодор Л., Лемей, Х. Юджин-младший, Бурстен, Брюс Э. «Химия: центральная наука», пятое издание, Prentice-Hall, Inc. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси 07632 1991
- Гессер, Хайман Д.«Описательные принципы химии», C.V. Компания Мосби 1974
- Харвуд, Уильям, Херринг, Джеффри, Мадура, Джеффри и Петруччи, Ральф, Общая химия: принципы и современные приложения, девятое издание, Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси, Pearson Prentice Hall, 2007.
- Петруччи, Ральф Х. Генерическая химия: принципы и современные приложения 9-е изд. Нью-Джерси: Pearson Education Inc. 2007.
- Вассос Бэзил Х. Электроанитическая химия. Нью-Йорк: Публикация Wiley-Interscience.1983.
- Zumdahl, Стивен С. Химия 7-е изд. Нью-Йорк: Компания Houghton Mifflin. 2007.
Авторы и указание авторства
- Шамшер Сингх, Дебора Гхо
| Размер режущих штампов |
| |
| Глубина резания |
| |
| Точность резки |
| |
| Совместимость с перчаточным ящиком |
| |
| Соответствие |
| |
| Гарантия |
| |
| Размеры продукта |
| |
| Вес нетто |
| |
| Вес и размеры в упаковке |
| |
| Руководство по эксплуатации и видео | Электродная резка Li-S Line в перчаточном ящике | |
| Примечания по применению |
| |
Ячейки электролитические
электролитический Ячейки
Гальванические элементы используют спонтанную химическую реакцию, чтобы управлять электрический ток через внешнюю цепь. Эти клетки важны, потому что они являются основой для батарей, питающих современное общество. Но они не единственный вид электрохимического клетка.Также возможно построить ячейку, которая работает на химическая система, пропуская электрический ток через система. Эти ячейки называются электролитическими ячейками . Электролиз используется для запуска окислительно-восстановительной реакции в направление, в котором это не происходит спонтанно.
Электролиз Расплавленный NaCl
Идеализированная ячейка для электролиза хлорида натрия – это показано на рисунке ниже.Источником постоянного тока является подключен к паре инертных электродов, погруженных в расплавленный натрий хлористый. Поскольку соль нагревается до плавления, Na + ионы текут к отрицательному электроду, и Cl – ионы текут к положительному электроду.
Когда ионы Na + сталкиваются с отрицательным электродом, батарея имеет достаточно большой потенциал, чтобы заставить эти ионы собирать электроны с образованием металлического натрия.
| Отрицательный электрод (катод) : | Na + + e – Na |
Cl – ионы, которые сталкиваются с положительным электродом окисляются до газа Cl 2 , который при этом выделяется электрод.
| Положительный электрод (анод) : | 2 класса – Класс 2 + 2 e – |
Чистый эффект от прохождения электрического тока через расплав соли в этой ячейке должен разложить хлорид натрия на его элементы, металлический натрий и газообразный хлор.
| Электролиз NaCl : | |||
| Катод (-): | Na + + e – Na | ||
| Анод (+): | 2 класса – Класс 2 + 2 e – |
Потенциал, необходимый для окисления ионов Cl – до Cl 2 равно -1.36 вольт и потенциал, необходимый для восстановления Na + ионов к металлическому натрию составляет -2,71 вольт. Аккумулятор, используемый для вождения поэтому эта реакция должна иметь потенциал не менее 4,07 вольт.
Этот пример объясняет, почему процесс называется электролиз . Суффикс – lysis происходит от греческого корня, означающего ослабить или разделить. Электролиз буквально использует электрический ток, чтобы разделить соединение на его элементы.
| электролизный | ||
| 2 NaCl ( л ) | 2 Na ( л ) + Cl 2 ( г ) |
Этот пример также иллюстрирует разницу между гальваническими ячейки и электролитические ячейки.Гальванические элементы используют данную энергию отключается в результате спонтанной реакции на выполнение работы с электричеством. Электролитический клетки используют электрическую работу в качестве источника энергии, чтобы управлять реакция в обратном направлении.
Пунктирная вертикальная линия в центре рисунка выше представляет собой диафрагму, удерживающую производимый газ Cl 2 на аноде от контакта с металлическим натрием генерируется на катоде. Функция этой диафрагмы может быть понять, обратившись к более реалистичному изображению Показана коммерческая ячейка Дауна, используемая для электролиза хлорида натрия. на рисунке ниже.
Газообразный хлор, образующийся на графитовом аноде, вставленном в дно этой ячейки пузырится сквозь расплавленный натрий хлорид в воронку наверху ячейки. Натрий металлический, который формы на катоде всплывают через расплав хлорида натрия в натрийсборное кольцо, из которого периодически осушен. Диафрагма, разделяющая два электрода, представляет собой экран из железной сетки, предотвращающий взрывную реакцию, произошло бы, если бы продукты реакции электролиза попали в контакт.
Сырье для ячейки Даунса представляет собой смесь 3: 2 по массе CaCl 2 и NaCl. Эта смесь используется, потому что она имеет температура плавления 580 o C, тогда как чистый хлорид натрия его необходимо нагреть до температуры более 800 o ° C, прежде чем он расплавится.
Электролиз водного NaCl
На рисунке ниже показан идеализированный рисунок ячейки, в которой водный раствор хлорида натрия подвергается электролизу.
И снова ионы Na + мигрируют в сторону отрицательный электрод, и ионы Cl – мигрируют в сторону положительный электрод. Но теперь есть два вещества, которые можно восстановленные на катоде: ионы Na + и молекулы воды.
| Катод (-): | |||
| Na + + e – Na | E o красный = -2.71 В | ||
| 2 H 2 O + 2 e – Н 2 + 2 ОН – | E o красный = -0,83 V |
Потому что восстановить воду намного легче, чем Na + ионов, единственным продуктом, образующимся на катоде, является газообразный водород.
| Катод (-): | 2 H 2 O ( л ) + 2 e – H 2 ( г ) + 2 OH – ( водн. ) |
Есть также два вещества, которые могут окисляться при анод: ионы Cl – и молекулы воды.
| Анод (+): | |||
| 2 класса – Класс 2 + 2 e – | E o вол = -1,36 V | ||
| 2 H 2 O О 2 + 4 H + + 4 e – | E o вол = -1.23 В |
Потенциалы стандартного состояния для этих полуреакций таковы, что близко друг к другу, что мы могли бы ожидать увидеть смесь Cl 2 и O 2 газ собирают на аноде. На практике единственный Продукт этой реакции – Cl 2 .
| Анод (+): | 2 класса – Класс 2 + 2 e – |
На первый взгляд кажется, что окислить воду легче ( E o ox = -1.23 вольт), чем ионы Cl – ( E o ox = -1,36 вольт). Однако стоит отметить, что ячейка никогда не позволял достичь стандартных условий. Решение обычно 25% NaCl по массе, что значительно снижает потенциал, необходимый для окисления иона Cl –. PH ячейка также держится очень высоко, что снижает окисление потенциал для воды. Решающим фактором является явление, известное как перенапряжение , то есть дополнительное напряжение, которое должно быть применяется к реакции, чтобы заставить ее происходить со скоростью, с которой она произошло бы в идеальной системе.
В идеальных условиях потенциал 1,23 В является большим достаточно, чтобы окислить воду до газа O 2 . Под реальным Однако в таких условиях может потребоваться гораздо большее напряжение, чтобы инициировать эту реакцию. (Перенапряжение при окислении воды может достигать 1 В.) Тщательно выбирая электрод для максимального увеличения перенапряжения при окислении воды а затем тщательно контролируя потенциал, при котором ячейка работает, мы можем гарантировать, что в этом реакция.
Таким образом, электролиз водных растворов натрия хлорид не дает таких же продуктов, как электролиз расплава натрия хлорид. Электролиз расплавленного NaCl разлагает это составить его элементы.
| электролизный | ||
| 2 NaCl ( л ) | 2 Na ( л ) + Cl 2 ( г ) |
Электролиз водных растворов NaCl дает смесь водород и газообразный хлор и водный гидроксид натрия решение.
| электролизный | ||
| 2 NaCl ( водн. ) + 2 H 2 O ( л ) | 2 Na + ( водн. ) + 2 OH – ( водн. ) + H 2 ( г ) + Cl 2 ( г ) |
Потому что потребность в хлоре намного превышает потребность для натрия электролиз водного хлорида натрия является более важный процесс с коммерческой точки зрения.Электролиз водного NaCl Решение имеет два других преимущества. Производит газ H 2 . у катода, который можно собирать и продавать. Он также производит NaOH, который можно слить со дна электролитической сотовый и продан.
Пунктирная вертикальная линия на рисунке выше представляет диафрагма, предотвращающая образование Cl 2 на аноде в этой ячейке от контакта с NaOH, который накапливается на катоде.Когда эта диафрагма снимается с ячейка, продукты электролиза водного натрия хлорида реагируют с образованием гипохлорита натрия, который является первым этап приготовления гипохлоритных отбеливателей, таких как Хлорокс.
Cl 2 ( г ) + 2 OH – ( водн. ) Cl – ( водн. ) + OCl – ( водн. ) + H 2 O ( л )
Электролиз воды
Стандартный аппарат для электролиза воды показан на рисунок ниже.
| электролизный | ||
| 2 H 2 O ( л ) | 2 H 2 ( г ) + O 2 ( г) |
Пара инертных электродов заделана на противоположных концах контейнер, предназначенный для сбора H 2 и O 2 газ выделяется в этой реакции.Затем электроды подключаются к батарее или другому источнику электрического тока.
Сама по себе вода – очень плохой проводник электричества. Мы поэтому добавьте в воду электролит, чтобы получить ионы, которые могут протекать через раствор, завершая тем самым электрическую схема. Электролит должен быть растворим в воде. Следует также быть относительно недорогим. Самое главное, он должен содержать ионы. которые сложнее окислить или восстановить, чем вода.
| 2 H 2 O + 2 e – Н 2 + 2 ОН – | E o красный = -0.83 В | ||
| 2 H 2 O О 2 + 4 H + + 4 e – | E o вол = -1,23 V |
Следующие катионы восстанавливать труднее, чем вода: Li + , Rb + , K + , CS + , Ba 2+ , Sr 2+ , Ca 2+ , Na + и Mg 2+ .Два из этих катионов являются более вероятными кандидатами, чем другие потому что они образуют недорогие растворимые соли: Na + и К + .
Ион SO 4 2- может быть лучшим анионом для использовать, потому что это самый трудный для окисления анион. В потенциал окисления этого иона до пероксидисульфат-иона равен -2,05 вольт.
| 2 СО 4 2- S 2 O 8 2- + 2 e – | E o вол = -2.05 В |
В водном растворе либо Na 2 SO 4 или K 2 SO 4 подвергается электролизу в аппарате как показано на рисунке выше, H 2 газ собирается в одном электрод и O 2 газ собирается на другом.
Что было бы, если бы мы добавили такой индикатор, как бромтимол? синий к этому аппарату? Бромтимоловый синий желтеет в кислой среде. растворы (pH <6) и синий цвет в щелочных растворах (pH> 7.6). Согласно уравнениям двух полуреакций индикатор должен стать желтым на аноде и синим на катод.
| Катод (-): | 2 H 2 O + 2 e – Н 2 + 2 ОН – | ||
| Анод (+): | 2 H 2 O О 2 + 4 H + + 4 e – |
Закон Фарадея
Закон электролиза Фарадея можно сформулировать следующим образом. количество вещества, потребляемого или производимого на одном из электродов в электролитической ячейке прямо пропорционально количество электричества, которое проходит через ячейку.
Чтобы использовать закон Фарадея, мы должны признать соотношение между током, временем и количеством электрического заряд, протекающий по цепи. По определению один кулон заряда передается, когда в течение 1 секунды протекает ток 1 А.
1 C = 1 ампер
Пример: Чтобы проиллюстрировать, как можно использовать закон Фарадея, давайте рассчитайте количество граммов металлического натрия, которое образуется при катод при 10.Ток 0 ампер пропускается через расплавленный натрия хлорид в течение 4.00 часов.
Начнем с вычисления количества электрического заряда, который протекает через ячейку.
Прежде чем мы сможем использовать эту информацию, нам понадобится мост между эта макроскопическая величина и явление, происходящее на атомный масштаб. Этот мост представлен постоянной Фарадея, который описывает количество кулонов заряда, которое несет моль электронов.
Таким образом, число молей электронов, перенесенных при 144000 кулонов электрического заряда, протекающего через ячейку, могут быть рассчитывается следующим образом.
Согласно полученному уравнению реакции происходит на катоде этой ячейки, мы получаем один моль натрия за каждый моль электронов.
| Катод (-): | Na + + e – Na |
Таким образом, получаем 1.49 моль, или 34,3 грамма натрия в 4,00 часы.
Последствия этого расчета следующие: интересно. Нам пришлось бы проводить этот электролиз более чем два дня, чтобы приготовить полкило натрия.
Мы можем расширить общую схему изложены в этом разделе, чтобы ответить на вопросы, которые могут показаться невозможно на первый взгляд.
.