Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 41
Текст из файла (страница 41)
(.и суммарно. Хд -1- ('и-" = Хн-" + Сн Таили сааза иЕуиты акции мента и в рассматриваемом случае. Р н с. 122. Схема гальваничес- Р и с. 123. Схема топливного элекого элемента мента За счет окислительно-восстановительной реакции по внешней цепи (металлический проводник) течет электрический ток от цинкового электрода к медному, а по внутренней цепи (трубка с электродом) движутся ионы оОт . Цинковый электрод постепенно растворяется, а на медном выделяется металлическая медь. Разность окислительно-восстановительных потенциалов частных реакций определяет электродвижущую силу о' гальванического эле- Р„= 1а — Р' = 0,34 — ( — 0,76) = 1,1 В. Проблема преобразования химической энергии непосредственно в электрическую — одна из актуальных задач науки и техники.
В настоящее время ведутся широкие исследования по использованию окислительно-восстановительных реакций горения топлива в так называемых топлпвныз элементах. В качестве окисляющихся веществ можно применять обычное топливо — уголь, кокс, природные и ис— кусственные горючие газы, в качестве окислителя — кислород или воздух.
В топливных элементах, как и в обычных гальванических, электро— ды, к которым подаются восстановитель (топливо) и окислитель, разделены ионопроводящим электролитом (кислотами и щелочами, рас— плавленными солями и др.). Электроды в случае применения газообразных продуктов делают обычно из полых пористых трубок и пластин. Токообразующий процесс совершается на границе соприкосновения электрода с электролитом.
246 Принцип работы топливного элемента рассмотрим на примере щелочного водородно-кислородного элемента (рис. 123). В этом случае используется окислительно — восстановительная реакция 2Нг(г) + Оз(г) = 2НтО(ж), ЬО = — 474 кДж осуществляемая через следующие промежуточные стадии: на катоде происходит присоединение электронов — восстановление кислорода; на аноде происходит потеря электронов — окисление водорода: анод: 2Нт + 4ОН вЂ” 4е = 4НзО; катод: От + 2НтО + 4е = 4ОН- Возникающие на аноде электроны по внешней цепи элемента переходят к катоду, а ионы ОН перемещаются в электролите от катода к ано .Т с ду, ' а| им образом, в итоге осуществляется окислительно-восстановительная реакция 2Нт + От — — 2НтО, энергия которой в данном случае выделяется не в виде теплоты, а непосредственно превращается в электрическую.
для эффективной работы топливных элементов используют катализаторы, которые наносят на электроды. Для водородного электрода катализаторами являются платиновые металлы, а дл а для кислородного электрода — смешанные катализаторы из Со и А1 или Ге, Мп и Ад. Высокий коэффициент использования топлива, непрерывность действия и другие преимущества открывают перед топливными элементами перспективы широкого использования. Топливные элементы используются в спутниках и космических кораблях.
Очень заманчиво применение топливных элементов вместо двигател й е внутреннего сгорания на транспорте и т.д. ЧАСТЬ ВТОРАЯ НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Раздел! Введение в химию элементов Изучение химического состава звезд, планет, туманностей в основном осуществляется с помощью спектрального анализа. Спектральным анализом, например, был обнаружен элемент гелий на Солнце (1868) и лишь спустя 27 лет он был найден на Земле. С помощью спектрального анализа определен состав далеких космических тел. Исключительно ценную научную информацию о физико-химическом характере и составе атмосферы других планет дают автоматические космические станции. Исследования лунных пород, в частности, являются основополагающими для развития селенохнмзи.
Только при посредстве теории знание, слагаясь в связное целое, становится научным знанием; стройное соединение фактического знания с теорией сос- тавляег науку. А.М. Бутлеров Г Л А В А 1. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ 8 1, ГЕОХИМИЯ И КОСМОХИМИЯ Среднее относительное содержание данного химического элемента в какой-либо природной системе (звезды, Солнечная система, планеты) называется его распространенностью или кларком, д р *. Со е жанне элементов обычно выражают в массовых или атомных долях, в процентах.
Химический состав, закономерности распространения и распределения элементов на Земле изучает геохимня, Задачи этой науки определил В.И. Вернадский, который рассматривал ее как науку об истории атомов Земли, как часть космической химии. Дальнейшее развитие геохимии тесно связано с работами А.Е. Ферсмана, В.М. Гольдшмидта, А.П. Виноградова и др. Распространенность и генезис химических элементов в космосе изучает космохомия. Результаты геохимических исследований используются для объяснения получаемых сведений о космических телах.
свою очередь данные космохимии применяются для реше и щения геохимических проблем. 'Название предложено А.Е, Ферсманом в честь американского геохимика Ф.У. Кларка, вычислившего в 1889 г, распространенность многих химических элементов в земной коре. 248 8 2. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ЗЕМНОЙ КОРЕ Характер распространения элементов в земной коре сходен с характером их космической распространенности (см.
рис, 1). В состав земной коры входят 88 химических элементов (табл. 26). Практически отсутствуют короткоживущие технеций, прометий, встат, франций и трансурановые элементы. Основными в земной коре являются восемь элементов: кислород, кремний, алюминий, натрий, железо, кальций, магний, калий (рис. 124). Их общее содержание в земной коре составляет около 94,5% (мол. доли) или 98,5% (мас, доли). За ними следуют титан, фосфор, водород, марганец. Состав остальных о (о.э.) элементов меньше 0,6% (мас. доли). В земной коре преобладают кис- 1! породные соединения, из которых 3! о.
а наиболее распространены силикаты, слагающие все главнейшие горные К м„ породы. Заметно менее распростра- ое С ма иены карбонаты, еще меньше сульфидные и сульфатные минера —, 12 Р Р и с. 124. Распространение химилы. Ряд элементов встречается в ческих элементов в земной коре Ирироде в виде простых веществ в йамородном состоянии. В табл. 27 показаны наиболее часто встре' (аающиеся формы существования элементов на Земле. В зависимости от химической природы элемент может либо иметь собственные минералы, либо сопутствовать другим элементам. Геохи- Мики выделяют обширную группу элементов, для которых характерна равномерность распространения в земной коре.
Такие элементы назыВают рассеяннымн. Распространенность в земной коре и число разноВидностей образуемых элементом минералов в прямой связи не нахо- 24о (но А.П. Виноградову) * Т а б л и ц а 26. Рагзгросграненность элементов н венной коре Г Не 2,7'10 з 1,6 10 з 28. Н1-г ЬЗ 5. 10-з 9.10 1 С! Аг 4 5. 10-з 0 98 2,6 1Оз 4 10з На 2,64 2,4 Са Се 15 10з 7 1Оз 4 10 з 2 10 з Вг Кг 1,6. 10 з 1- 1О-з 15 10з 4 10з Сг Мп 2.10-г 9.10-з 8.
10-з 3 2. 10-г Н 1,5 102 6 10з 1п Бп 1.10 з 4. Нрз 1,5 10 з 7.10 з ! Хе 3 10з 8 10-з 4 10з Тс Бг У 4 10з 2,8 10 1 ° 10з 2,6 10 КЬ ,1 ° 10 2 7.10-з Т! РЬ 3 10 з 16 10 з 3 10з 16 1Оз АС Н! 3,2 10 5 10з Ва 1а 5 10з 1,8 10 5,7.10 2,5 10 Св 7 10-4 ,5. 10 з Кп Гг Но Ег 1 3 10 з 4 10 з 5 10з 5 10з Нг! Ргп 2,5.10 з 3,5.10 з Лантаноиды Сгп (Но) (йг) Актиноиды Верхние цифры — массовые доли, нижние — малярные доли элементов. К 2,6 1,4 Ве 6. 10-4 2. 10-з Мб 2,1 2,0 Са 3,6 2,0 Ка 1 ° 10 'и Бс 6 104 3.10 з Ас 6 ° 10 гз 5-10 гз Т1 0,65 0,25 Ег 2 10з 4.10 з Се 4,5'10 з б. 10" з ТЬ 810з 7 10з НЬ !. Нрз 2.10 4 Та 3,2 1Оз 1,8 ° 10 з Рг 7 4.10-з 9 ° 10 з Ра 1 ° 10 гз 8 10'з Мо 3 !0-4 б 10з % 1.10" 1 10з У 3 104 2.10 з Ке ! ° 10 г 8,5 10з Ге 5,1 2,0 Кп 5 10г 1-10 г Оз 5 10з 5 107 Бгп 7.10 з 9 10з Рп 1 ° 10 гз 7 1Огг Со 3 10 з 1 5.10-з КЬ 1 ° 10 г 1,7 10з !г ! АЙ !0 г 8,5.10 з Еп 1,2 1Оы 1,8 ° 10 з ЪН 8.
10-з 3 2.10-з РЬ 1 10з 1,6.10 7 РС 5.10 г 5 10з Сп 1 ° 10 2 3,6.10 Аб 1 ° 10 з 1,6 10 Ап 5.10 г 5 10з ТЪ 1,5. 10 1 ° 10 з Хп 5 !Оз 1 5. 10-з Сй 5 ° 10 з 7,6 10з Нб 7 10з 7 10г Ву 4,5 1Оз 5.10 з В 3 1Оз 6.10" А1 8,80 6,6 С 0,1 0,15 й 27,6 20,0 1 102 2,5 10"з Р 8 10з 5 10з Аз 5 Н14 1,5 1Оз БЪ 4 10з 5 10з В! 2.10 з 1,7 ° 10 з Тгп 8 ° 10 з 8 10з 0 47,2 58,0 Б 5 10з 3 10з Яе б 10з 1 5. 10-4 Те 1.10 з 1,3 ° 10 г Ро 2 10гл 2 1Огз ТЬ 3.10 з 3-10 з Н 0,15 3,0 Ьп 1 1Оз 1.10 з Не 46 1Оз Кп 7.10 гз дятся. Очень чшто из дьух элементов менее распространенный образует большее чи~ло рссзнссвссднсссяс сс минералов.
Так, рубидий [0,007% (мал. доли)] собствонных минералов практически на имеет и является рассеянным шсементом В то кс время сравнительно менее распространснная медь [0,0036% (мол. доли)) образует разнообразные собственные минералы, а поэтому к раггеянным элементам на относится. В земной коре постоянно происходят многие химические процесгы. Разобраться в них — значит понять, как образуются минералы, горные породы и руды, в каких условиях ани формируются.
Ото, в свою очередь, позволяет оссрегстсить наиболее вероятные расположения месторождений полезных ископаемых. Г Л А В А 2. ПРОСТ!иЕ ВЕЩЕС'!'ВА ~ 1. СТРУКТУРА ИРОС111Х В!61!(1гд"ТВ я я я о й а о о ~а о и м гс л я $ гс я о ч Сочетание атомов одного и того жс элемента есть простое естество.
В зависимогти от тисы химической с вязи макну атомами простые вещества могут бып, лсстижси.сссс и ссг.ссссссяллалссс. Для металлов ха р а ктерна маталли и сная гвяш,. для нгм. таллсж — ьовалентная. Резкого различия между металли пгкими и нсьсетюстссчегкимн простыми веществами нег. К мгтал.тм прссмыссакп мсталлоподобные ссростые вещества, к немсталлам — нелюталлопадобпые.
О Один и тот же элемент может сэб1псзовьсвать несколько разных типов простых веществ, на: ывжмых и с.сотроаиьслси .иодифссхлсСссялссс. Известно свыше 400 разновидссос:тасс простых веществ. Явление алло',тропии может быть обушсовлено либо различным составам молекул простого вещества данного элемента (аллопсроаия сиссссаоа), либо спо'робом размещения малскул или атомов в кристаллах (аллотроссия !форты). Способность элемента к образованию соответствующих юслоФропных модификаций обусловлена строением атома, которое опрееляет тип химической связи, строение молекул и кристаллов.
Рассмотрим для примера типы и структуру простых веществ, обраованных элементами третьего периода. Так, у р-элемента ЧШ группы р огана (Зв Зр ), имоющего завершенную валентную оболочку (::), олекула одноатомна. Между атомами аргона возможно только ПАг:У, м дисперсионное взаимодействие. Поэтому в твердом состоянии кристаллы аргона и его аналогов молекулярные (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
