Гальваникалық элементтің термодинамикалық сипаттамалары

Кез келген ќайтымды процестіњ ж±мысы берілген температура мен ќысымда максимал пайдалы ж±мыс, сондыќтан ЭЌК-ті термодинамикалыќ есептеу ‰шін гальваникалыќ элемент ќайтымды болуы ќажет. Гальваникалыќ элементте ж‰ретін химиялыќ реакцияныњ максимал ж±мысыныњ температураѓа тєуелділігін Гиббс-Гельмгольц тењдеуімен байланыстыруѓа болады:

Гальваникалыќ элементтіњ (электрхимиялыќ реакцияныњ) максимал ж±мысы

А_р=Е_pnF= - G

A_v=E_vn F= -  F

Гиббс - Гельмгольц тењдеулеріне G мен F-тіњ ЭЌК арќылы мєндерін ќойып, электрќозѓаушы к‰штіњ реакцияныњ жылу эффектісімен жєне температурамен байланысыныњ тењдеуін аламыз:

Е_р=-(Н/ nF)+Т(Е/(T)_р

E_v=-(U/ nF)+Т(Е/(T)_v,

м±нда (Е/T - электрќозѓаушы к‰штіњ температуралыќ коэффициенті, ол температура 1 градусќа µзгергенде ЭЌК нешеге µзгеретінін кµрсетеді).

Немесе, -Н=Q_p жєне -U=Q_v екенін ескерсек Гиббс - Гельмгольц тењдеулерініњ жеке т‰рі болып табылатын Томсон тењдеулерін аламыз:

Е_р=(Q_p/ nF)+Т(Е/(T)_р

E_v=(Q_v/ nF)+Т(Е/(T)_v

Гальваникалыќ элементтіњ ЭЌК-і температураѓа тєуелсіз яѓни (Е/T)_р=0 жєне (Е/T)_v=0 болѓан жаѓдайда бұл тењдеулер мынадай түрде жазылады:

Е_р=Q_p/nF

E_v=Q_v/nF

Егер Е/T  0, онда ; бұл жағдайда гальваникалық элемент жылу сіңіру арқылы жұмыс жасайды, яғни элемент суынады.

Ал егер Е/T < 0 болса, онда А_max < Q; б±л жаѓдайда элемент ж±мыс µндірген кезде жылу бµлінеді, яѓни элемент ќызады.

Гальваникалыќ элементте µтетін электрохимиялыќ реакцияныњ энтропиясын мына формуламен аныќтайды:

,

ал энтальпиясы мына формуламен есептелінеді:

Реакцияныњ тепе-тењдік константасы стандарттыќ ЭЌК-пен былай байланысты:

немесе Т=298К,

м±нда электродтыќ потенциал ₂⁰ электродтыќ потенциал ₁⁰-ден ‰лкен (₂⁰>₁⁰).

Электрхимиялыќ реакцияныњ жылу сыйымдылыѓы мына формуламен аныќталады:

Срм сурактары

Гальваникалыќ элементтердіњ классификациясы

Химиялыќ тізбектер

Химиялыќ тізбектерде электродтар єр т‰рлі, оларда ж‰ретін реакциялар да єр т‰рлі. Электродтарда ж‰ретін реакциялардыњ ќосындысы элементте µтетін жалпы реакцияны береді. Жалпы реакцияныњ химиялыќ энергиясы электр энергиясына айналады.

Мысалы, ќорѓасын аккумуляторы химиялыќ тізбекке жатады, б±л элементтіњ электродтары Pb мен PbO₂ H₂SO₄ ерітіндісіне батырылады, ќышќылдыњ тыѓыздыѓы 1,26 - 1,28.

Ќорѓасын электродында ж‰ретін реакция:

Pb+SO₄^2-PbSO₄+2e (теріс электрод)

PbO₂ электродында ж‰ретін реакция:

PbO₂+SO₄^2-+4H⁺+2e PbSO₄+2H₂O (оњ электрод)

Элементте ж‰ретін жалпы реакция:

Pb +PbO₂+2SO₄^2-+4H⁺2 PbSO₄+2H₂O

Жалпы реакцияныњ энергиясы электр энергиясына айналады, машина двигательдерініњ (ќозѓалтќыштары) ж±мысы осыѓан негізделген. Аккумулятор Pb мен PbO₂ т‰гелімен PbSO₄ - ке айналѓанша ж±мыс істейді, айналып біткен соњ ток бермей істен шыѓады. Бірінші текті Pb/ SO₄^2-, жєне PbO₂/ SO₄^2- электродтары зарядсызданѓан кезде екінші текті SO₄^2-/ PbSO₄, Pb жєне SO₄^2-/ PbSO₄, PbO₂ электродына айналады.

Аккумуляторды электр энергиясын беруі ‰шін ќайта зарядтайды, берілген т±раќты токтыњ єсерінен ќорѓасын сульфаты еріп, бастапќы реакцияѓа кері реакция ж‰реді:

2 PbSO₄+2H₂O Pb +PbO₂+SO₄^2-+4H⁺