Главная » Просмотр файлов » А.А. Бабырин - Электроника и микроэлектроника

А.А. Бабырин - Электроника и микроэлектроника (1088520), страница 32

Файл №1088520 А.А. Бабырин - Электроника и микроэлектроника (А.А. Бабырин - Электроника и микроэлектроника) 32 страницаА.А. Бабырин - Электроника и микроэлектроника (1088520) страница 322018-01-12СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

В качестве примера рассмотрим обратимую химическую реакцию лп(т) + С0504(ж) 70604(ж) + Сц(т), (3.65) работающую в элементе Даниэля — Якоби, который схематически изображен на рис. 3.2. Цинку (Хп), стоящему в реакции слева, соответствует левый электрод, а меди (Сц), стоящей в реакции справа, — правый электрод. Электроды погружены в растворы своих солей Хп50л и С050л, разделенные пористой перегород- кой, показанной двойным пунктиром. Эта перегородка предот- вращает взаимное перемешивание электролитов, но способна проводить ионы 504 .

Фигурная стрелка с надписью ванионы» 2— указывает направление движения общего для обоих электро- литов аннана ЗОл (движение катионов Хп~~ и Сц~+ противо- положно). Знаки + и —, поставленные на электродах, соответ- ствуют внутренней ЭДС ЬЕ, условно направленной вдоль элек- трического поля от правого электрода к левому, как показано жирной стрелкой на рис.

3.2. Реакция (3.65) с учетом диссоциации солей, Сц504 Сц ~+ ЗОл и Хп504 Хп~~+ 504 путем удаления общего иона 60л может быть записана в ион- ной о ме: Ф Р 7п + Сц~~ ' апач + Сц. (3.66) На рис. 3.2а показан гальванический режим работы элемента, когда ЬЕ >Е„,. В этом случае направление тока во внешней цепи (обозначенное сплошными стрелками, показывающими движение положительных зарядов) таково, что внутри растворов 3.7. Термодинамики злвкгпрохимипвских процессов 161 Е„„> ЛЕ Е„„< ЛЕ отри пол ожит. ка олюс Рис.

3.2 Схематическое изображение элемента Даниэля — Якоби при работе в гальваническом (а) н электролитическом (б) режимах. Сплошными стрелкамн показано направление тока в электрической цепи, замыкаюшее движение катионов внутри элемента. Пунктирные стрелки указывают направление движения электронов между электродами во внешней электрической цепи На рис. 3.2б показан электролитический режим работы элемента, когда с.'зЕ < Еью Направление тока внешней цепи, б А А Бармена отрицательные ионы ЬО движутся от плюса к минусу, т.е.

2- против действия внутренней ЭДС ЬЕ. Такое «противодвижение» поддерживается силами химической природы, порожденными самопроизвольным протеканием реакции (3.66) в прямом направлении (слева направо). Движение анионов 504 из раствора Сц$04 в раствор Хп504 вызвано тем, что в первом растворе их заряд преобладает над зарядом катионов Сцй+, а во втором, наоборот, доминирует заряд катионов Хи~ ь. Действительно, на положительном полюсе в результате процесса восстановления катионы Сцзе превращаются в атомы Сц (осаждающиеся на медном электроде). На отрицательном полюсе идет процесс окисления с превращением атомов Хп в ионы Хпй+, переходящие как катионы в раствор электролита (т, е, цинковый электрод растворяется). При таком направлении движения ионов 304 поддерживается электронейтральность растворов и обеспечивается непрерывность электронного и ионного токов. 162 Гл.

Х Управление химииееними превращениями веществ обозначенное сплошными стрелками, меняется на противо- положное по отношению к рис. 3.2а. В этом случае анионы 804 движутся под действием внешней ЭДС Епп от минуса 2— к плюсу. Это обеспечивает подвод электрической энергии от внешнего источника к химической системе и делает возможным протекание реакции (3.66) в обратном направлении (справа налево). На катоде катионы Хпзч восстанавливаются до атомов Хп, а на аноде идет процесс окисления с переходом в раствор атомов Сц в форме катиона Сцзв, т. е, при электролизе медный электрод растворяется, а цинк выделяется из раствора.

Пунктирными стрелками на рис.3,2 показано направление движения электронов во внешней электрической цепи. Из срав- нения рис. 3.2 а и б видно, что электронные процессы на отрица- тельном полюсе гальванического элемента и на аноде (положи- тельном электроде) электролитической ячейки одинаковы: и тот, и другой поставляют электроны во внешнюю цепь, отбирая их от нейтральных атомов металла (путем перевода ионов металла из кристаллической решетки в раствор электролита в форме катиона). Противоположным образом ведут себя положительный полюс гальванического элемента и катод (отрицательный элек- трод) электролитической ячейки: опи оба принимают электроны от внешней цепи, передавая их катионам раствора с переводом последних в кристаллическую решетку металла.

В терминах окислительно-восстановительных реакций первый случай соот- ветствует процессу окисления, а второй — процессу восстанов- ления (см, п,3.8), Покажем, что обратимая электродвижущая сила ЬЕ элек- трохимического элемента однозначно определяется изобарным потенциалом ЬС химической реакции, лежащей в основе работы этого элемента. Пусть ЭДС ЬЕ перемещает по электрической цепи заряд, равный заряду одного грамм-иона зЕ (- — зарядовое число, Е= сад = 96485 Кл — число Фарадея), совершая электриче- скую работу Лв, =зЕйхЕ. Для гальванического элемента, как источника тока, электрическая работа всегда положительна (что соответствует термодинамическому правилу знаков, см. п.

1,3), поскольку он производит ее над внешней цепью, в которой Евн < < ЬЕ. Электрическая (Л,в) и механическая (Ви,„ = Р2Х) рабо- та совместно с тепловым эффектом обратимого процесса (Явврьз = ТЬЯ) дают вклад во внутреннюю энергию системы, равный ~~'= Оивп — (Диев+Вял) (см. п. 1.6). С учетом вышесказанно- го закон сохранения энергии (1.12), записанный для конечных 163 о.7. Термодинамики алекарокомоцескох процессов приращений, принимает вид Ь(7 = ТЛЯ вЂ” РЬà — гРЬЕ. (3.67) В этом случае свободная энергия Гиббса С = (7 + Р(г — ТБ получает приращение ЬС = — ЯЬТ+ 1гЬР— гГКЕ.

(3.68) Отсюда следует, что электрическая работа в изобарноизотермических условиях (при ЬТ= ЬР= 0) равна Л,о = гРЬЕ = — ЬС. (3.69) Таким образом, источником электрической энергии является химическая энергия реакции, протекающей в элементе, выражаемая ее изобарным потенциалом ЬС. Поскольку в гальваническом режиме всегда Л.,„, > О, а химическая реакция, записанная в обобщенной форме (3.1), может самопроизвольно протекать как слева направо (при йсС < 0), так и справа налево (при ЬС > > 0). Согласно (3.69), в первом случае имеем ЬЕ ) О, а во втором случае — схЕ < О.

Электродвижущая сила считается положипсельной (ЬЕ > 0), если анионы в растворе движутся от правого электрода к левому. Именно такая картина изображена на рис. 3.2 а, чему соответствует реакция (3.65), самопроизвольно идущая слева направо (ЬС < 0). Для реакций с обратным направлением самопроизвольного протекания (ЬС ) 0) анионы движутся от левого электрода к правому, что дает ЬЕ < О. Направление движения катионов в обоих случаях противоположно движению анионов. Все вышесказанное выполняется только в гальваническом режиме, когда ЬЕ > Е„,.

В результате этого ионы в электролите движутся под действием сил химической природы против внутреннего электрического поля (катионы — против поля, анионы— по полю), совершая электрическую работу Л:„> 0 над внешней цепью. В электролигпическом режиме внешняя ЭДС такая, что Е„> схЕ. Это заставляет химическую реакцию протекать в «несамопроизвольномь направлении, затрачивая электрическую работу Льо < 0 на перемещение ионов в направлении внутреннего электрического поля (анионы — против поля, катионы — по полю), что несвойственно самой реакции. Такая картина изображена на рис, 3.2 б, где анионы 50 движутся от отрицательного электрода к положительному.

Следует обратить внимание на то, что для одного и того же электрохимического элемента внутреннее электрическое поле 164 Гл. 3. Управление химиквскими превращениями веществ всегда направлено одинаково как в гальваническом, так и в элек- тролитическом режимах работы, а движение ионов в растворе по отношению к внутреннему полю для этих режимов противопо- ложно. Это ясно видно из сравнения рис. 3.2а и б. Изобарный потенциал сзС химической реакции задается уравнением изотермы Вант-Гоффа (3.27), переписанным с учетом (3.26) через активности а, химических компонентов в следующей форме (в пренебрежении влиянием компонентов газовой фазы); ка = ят((у' .1 .

— у' .1 .) — ~ кит~~ = к ы П = ЬЯ+ Ят)п (3,?О) Па,", ы Константа химического равновесия К,(т), входящая в закон действия масс (3.28), П «"' к„(т) = " П а." ы связана со стандартным изобарным потенциалом .ЬС соотноше- О нием ЬСо = — вт ъ к, (т).

(3.7 1) Из выражений (3.69) и (3.70) получаем обратимую ЭДС элек- трохимического элемента в реальных условиях, Гтаик ЛЕ = — — = ЬЕо, — — 1 ", (3.72) 1гаы" ы где стандартная ЭДС (при а; = 1) равняется л,Со Формула (3.72) является прямым аналогом уравнения изо- термы Вант-Гоффа и называется уравнением Нернста для ЭДС гальванического элемента, Это уравнение вместе с уравнением (3.?3) для стандартной ЭДС позволяет, рассчитав для некоторой реакции термодинамические величины К, и сзС, найти реаль- ную и стандартную электродвижущую силу элемента.

Характеристики

Тип файла
DJVU-файл
Размер
3,09 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6461
Авторов
на СтудИзбе
304
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее