Литература -->  Производство газовых тканей 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152

был решен уже в первом Г. э. Вольта. Цинк и по настоящее время, за исключением, очень редких случаев, является незаменимым материалом в качестве анода. Вся история гальбанических элементов связана с отысканием наиболее подходящего материала в качестве катода вообще, кислородного электрода в частности и отчасти состава и обработки электролита.

КлассификацияГ. э. может быть произведена по разным признакам. Конструктивное деление на элементы с одной и элементы с двумя жидкостями в настоящее время устарело. Существенное значение, подтверждаемое историей элементного дела, имеет химич. состав и исходное физич. состояние катодного материала (табл. 8).

Изображения типичных представителей разных групп гальванических элементов даны в табл. I, где указаны и основные химические процессы и соответствующие последним электродвижущие силы.

а) Г. э. с жидким катодным материалом (деполяризатором). Г. э. группы а -в большинстве случаев элементы с двумя жидкостями, с проницаемой перегородкой или без нее, имеют гл, обр. историч. интерес и академич. значение (классическая гальванич. цепь Даниеля). Находят более заметное применение в телеграфной практике элементы Мейдингера без диафрагмы. Более поздние Г. э. этой группы-элементы Шустера [*] с диафрагмой:

I. Zn амальг. II. Zn амальг.

КОН КОН

NajCr,0, HjSO,

HMnO. H,SO.

С, эдс->2,75 V С, ЭДС-<2,85 V

И Л, Даримонта [ ] с полупроницаемой перепонкой в порах перегородки.

Табл. 8.-к л а с с и ф и к а ц и я гальванических элементов по химическол1у составу и исходному физическому состоянию катодного материала.

\ Химич. состав катодного матери-Физич. ала состояние

А. Содержит соль катодного металла

Б. Содержит активный кислород или другой анион j

а) Жидкий

а) Напр. элементы Даниеля, Мейдингера

а) Напр. хромовый элемент

б) Твердый (мало растворим)

б) Напр. элемент с хлористым серебром

б) Напр. элемент Л еклан-; ше

в) Газообразный

в) Такого элемента не имеется

в) Напр. элемент Фери

б) г, э. с твердым катодным материалом. Г. э. группы б имеют в настоящее время наибольшее практич. значе-

Табл. I.-Типичные представители гальванических элементов.

Группа А, а Г. э. Мейдингера


Zn + CuSOi = ZnSOi -f- Си эдс 1,1 V

Группа А, б Г. э. с хлористым серебром


Zn + 2 AgCl = ZnClj + 2 Ag эдс 1,1 V

Группа A, в

He имеется

Группа Б, а Г. э. с хром, жидкостью (Грене)

Группа Б, б Г. э. типа Лекланше


3 2п + 2 СгО, + б H,SO = Crj(SOi)s + + 3 ZnSO. + 6 Н,0 эдс 2,0 V


Zn + 2 NH4GI + 2 MnOj = ZnClj + MnjO, + 2NH, + Н,0

эдс - 1,5 V

Группа Б, в Г. э. типа Фери


Zn + H,0 + о = Zn(0H)2

эдс - 1,25 V



ние. По разряду А к ним относятся, помимо указанного в табл. I элемента с хлористым серебром, применяющегося для медицинских целей, известные как эталоны


Фиг. 6.

напряжения нормальные элементы-Кларка: Zn + U<z.,SO, = ZnSO. + 2 Hg, эдс 1,433 V при 15% и Вестона: Cd + HgSO = CdSO + + 2 Нд, эдс 1,0184 V при 20: но разряду Б к этой группе Г. э. относятся, помимо многочисленных форм выполнения известных Элементов Лекланще с нейтральным электролитом, несколько типов элементов со

Цг</

OfiS

liftf)

0.5S

50 iO

ОМ ОМ 0,35

nput

II 1 1.

i 1 j 1

OiOioeoiotOO 26

0 300 Ш S00 600Ah разряд, ток I-3A Const

Фиг. 7.

щелочным электролитом (Лаланда, Эдисона, Ведекинда и других), работающих по следующей схеме:

Zn 1 NaOH 1 CuO Си, эдс 0,8-1,0V; химическая реакция:

Zn -Ь 2 NaOH + CuO = Zn(ONa)i + HjO + Cu.

(25°Вё.)

Одна из подобн. современ. американ. конструкций ]}\ представлена на фиг. 6 (левый


уголь

Фиг. 8.

щинк. пласт. Фиг. 9.

рисунок-Г. э., не бывший в употреблении, правый-разряженный); разрядный график показан на фиг. 7. Эти элементы применяют-

ся для железнодорожной и другой сигнализации и изготовляются размерами на 100- 600 Ah емкости. Вследствие их низкого напряжения эксплоатация обходится дорого; элементы эти чувствительны к колебаниям t°. Известны также элементы этой группы с кислотным электролитом, работающие по схеме:

Zn I HjSO I PbO эдс - 2,40V; химическая реакция:

Zn + 2 HjSO, -I- PbO, = ZnSO, + PbSO. + 2 HjO.

Форма выполнения элемента этого типа для карман, фонаря изображена на фиг. 8 [].

в) Г. э. с газообразным катодным материалом. Г. э. группы в в последние годы начинают приобретать промышленное значение (до сих пор, главным обр., во Фран-

0.25

-NHiCl

-1п(0Н)г -InCh

NHtOH

ции); известны как элементы с воздушной деполяризацией, вернее - деполяризацией кислородом воздуха. Одним из первых получил более широкое признание элемент Фери. Своей работой с газовым электродом Фери не только дал пути к разрешению вопроса о значительной экономии расхода цинка в Г. э., но и удачно обошел затруднения, связанные с переходом кислорода из газа в ионное состояние, попутно осветив опытным путем механизм деполяризации [-12 ij i4j Сущность устройства (фиг. 9) этого элемента такова: на дне сосуда расположена горизонтально цинковая пластинка; в непосредственной с ней близости находится вертикальный угольный электрод,

Фиг. 10.

Фиг. 11.


сутки

Фиг. 12.

особым образом изготовленный, с высокой пористостью и электропроводностью, выступающий над электролитом (раствором хлористого аммония).

Физико-химические процессы элемента Фери. Теоретическое ур-ие

Zn -f 11,0 -Ь Оеозй. = Zn(OH),

не совсем точно. Фактически процесс распадается на две фазы. В первой фазе:

Zn -1- 2 NH4CI -f Н,0 -Ю = ZnCl, + 2 NH OH

образуется ZnCl2, как и в обычном элементе Лекланше, но затем, по мере работы, происходит расслоение электролита на три слоя:



Табл. 9.-Сравнение элементов Фери, Лекланше и Мейдингера по расходу

главных материалов (на 1 Ah).

Материалы

Эл. Фери

1,25 V

Эл. Лекланше 1,50 V

Эл. Мейдингера - 1,1 V

теорет.

практ.

теорет.

практ.

теорет.

практ.

Кислорода.......

Воздуха.........

208,5 см 992

208,5 см 992

се X

МпО.

3,25 г

5,08

CuSOi + 5 HjO

4,62 Я

28,9 8

На аноде . . .

1,228 8

1,25 8

1,228 г

5,5 8

1,228 8

7,63 г

Электролита.

NHCl

1,08

2,08

2,5 8

удельно тяжелый ZnClg (слабо кислая среда) остается на дне и покрывает цинк (фиг. 10)[ ], предохраняя его от неравномерного разъедания; образующийся на угле уде.тгьно более легкий раствор NHOH всплывает наверх (слабо щелочная среда), а посредине остается по преимуществу нейтральный раствор неизрасходованного NH4CL По мере сближения крайних слоев и уменьшения общего содержания NH4CI в растворе наступает вторая фаза процесса:

ZnCU + 2 NH4OH = Zn (0Н)2 + 2 NHiCl,

при чем NH4CI частично регенерируется, а осадок окиси цинка выпадает на границе соединения крайних слоев; нижняя, обращенная к цинку, часть угольного электрода все время остается чистой и, главное, погруженной в раствор ZnCla. Противоположно направленная эдс жидкостной пары (фиг. 11) L]

+ ,ZnCbNH40H,-,

приблизительно равная 0,25 V, не уменьшает основной эдс, т. к. замкнута накоротко угольным электродом. Угольный (газовый) электрод в нижней части насыщается адсорбированным водородом, в верхней-кислородом. Степень деполяризации этого электрода обусловливается работой коротко замкнутой пары:

-С I H.,ZnClj I NHiOH,0 [ С +

с эдс -0,5-1.0 V.

Этим объясняется устойчивость работы элемента, к-рая зависит гл. обр. от качества угольного электрода.

Сравнение Г. э. с газовым, твердым и жидким катодным материалом. Сравнительный график разрядок элемента Фери с элементом Лекланше

10 0,75 0.S

W 20 30 40 SO 60 70 дО SO /00 ПО 120 Ш М Фиг. 13.

показан на фиг. 12 [j. Сравнительный расход материалов в элементах с различным физическим состоянием катодного материала

показан в табл. 9 [j для случая разрядки очень слабым током или более сильным с перерывами. Фери дает следующие сравнительные стоимости выработки одного Ah:

Эл. Фери

Эл. Лекланше Эл. Мейдингера

13,5

Другой метод сравнительной оценки Г. э см. ниже. Кроме элементов Фери, в настоящее время известны элементы с воздушной деполяризацией Le Carbon е [*] и со щелочным электролитом Нея [Ij, Нюберга [ ] и Юнгнера На фиг. 13 дан разрядный график Г. э. фирмыLe Carbone, тип AD 220, на постоянное сопротивление 5.

Г. э. мокрые и сухие различают по состоянию их электролита: в виде жидкого водного раствора, или превращенного в желеобразную, клейкую массу каким-либо загустителем (крахмал), или, наконец, в виде малоподвижного и невыливающегося, для чего жидким электролитом пропитывают пористую инертную массу-наполнитель, (древесные опилки, гипс, песок, картон).

Сухие Г. э. типа Лекланше. Г. э. типа Лекланше с сухим электролитом издавна получили наибольшее практич. применение и промышленное значение. В связи с этим в последнее время проделано много работ для освещения происходящих в нем физико-химических процессов. Схема гальванической цепи этого элемента:

-Zn I ZnClj, NHiCl, Aq ЙпОг С +

УстановленоP]раскисление MnOj до МП2О3. В отличие от элемента Фери (вертикальное расположение электродов и присутствие в электролите ZnClg), расслоенное малоподвижного электролита здесь наступает в меньшей степени. Различают три стадии химических реакций:

I. Zn + 2NH4Cl + 2MnO,= ZnCU+Mn,0,+2NH, + H,0 (начальная при насыщенном NHCl электролите).

II. Zn + 2NH C1 + 2MnO, - ZnCla 2NH, + Mn,0,+ HO

кристаллич. осадок

(связывание NH, при уменьшении NH4CI). III. Zn + HjO + 2MnO, Zn(OH), + МПаО, аморфный осадок

(связывание НзО при большой концентрации ZnClj и малой NH4CI).

Кроме того, взаимодействие NH4OH и ZnCIg при нек-рых условиях [з] сопровождается



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152