Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Основные характеристики электрохимической ячейки
ЭЭСЗ электрохимического преобразователя можно представить в виде электрической цепи, содержащей эквивалентные параметры (ЭДС; L; С) зависящие от природы, состава электродов и электролита, типа химических превращений в ячейке, температуры, скорости перемещения раствора и других физических величин. Принципы работы разнообразных типов электрохимических измерительных преобразователей основаны на реализации соответствующих законов электрохимии.
Рисунок 4.1 Общий вид электрохимической ячейки и ее ЭЭСЗ: - электрическая емкость, образованная наличием объемных зарядов в растворе; R – сопротивление канала проводимости через электролит; Е – генерируемая разность потенциалов.
Известно, что при растворении солей, кислот, щелочей в воде происходит диссоциация, т.е. расщепление молекул на анионы (-) и катионы (+). Перемещение ионов в растворе происходит за счет диффузии, обусловленной различной концентрацией ионов в отдельных частях электролита, конвекции их за счет увлечения потоком движущейся жидкости, миграции ионов под действием электрического поля и т.п. Для электролитов применим закон Ома. Растворы характеризуются весовой и объемной (молярной) концентрацией. Нормальный раствор содержит один моль вещества в одном литре. Химическая активность раствора (а) равна произведению эквивалентной концентрации (с) на коэффициент активности (f): а = f∙c (4.1) Для бесконечно разбавленного раствора: f = 1. При повышении концентрации раствора его активность снижается. Удельная проводимость раствора пропорциональна его химической активности: (4.2) где: - эквивалентная электропроводность раствора. Проводимость электролита нелинейно зависит от концентрации и температуры. Рисунок 4.2 Зависимость проводимости электролита от его концентрации. При нагревании раствора его электропроводность возрастает: (4.3) Действие всех гальванических преобразователей основано на измерении разности потенциалов между электродами, помещенными в исследуемый раствор. При этом металлический электрод, находящийся в растворе, заряжается отрицательно (электродный потенциал), а раствор – положительно (с электрода в электролит уходят положительно заряженные ионы металла). Измерить можно только разность потенциалов, поэтому за начало отсчета в электрохимии принят потенциал «водородного электрода». Для этого используют платиновый электрод, помещенный в нормальный раствор, при этом на его поверхности адсорбируют ионы водорода. Потенциалы материалов относительно «водородного электрода» имеют значения: K ; Zn ; Cu . Соответственно, разность потенциалов, например, между медным и цинковым электродом будет равна: (4.4) При изменении температуры и концентрации электролита изменяется и потенциал на электроде. Согласно уравнению Нернста можно записать: (4.5) где: F - число Фарадея (F = 96522 Кл/г-экв.); Z – валентность материала электрода; R – универсальная газовая постоянная. Для ЭДС между двумя элементами из разнородных материалов, находящихся в электролитах с отличающейся активностью, получим: (4.6) Если два одинаковых электрода находятся в растворах с отличающейся концентрацией, то: (4.7) Кроме потенциалов на электродах образуется разность потенциалов на границах двух растворов с разной концентрацией (граничный потенциал). Градиент потенциалов может возникнуть и в результате разной подвижности ионов в растворах (диффузный потенциал). На границе двух растворов, разделенных полунепроницаемой перегородкой (мембраной), пропускающей одни и не пропускающей другие ионы, образуется мембранная разность потенциалов.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-03-22; Просмотров: 295; Нарушение авторского права страницы