Дилдина Юлия

Пламъкът може да има различен цвят, всичко зависи само от металната сол, която се добавя към него.

Изтегли:

Визуализация:

МАОУ СОУ No40

Тема

Оцветяването на пламъка като един от методите на аналитичната химия.

Дилдина Юдия,

9г клас., МАОУ СОУ No40

Ръководител:

Гуркина Светлана Михайловна,

Учител по биология и химия.

Перм, 2015 г

1. Въведение.
2. Глава 1 Аналитична химия.
3. Глава 2 Методи на аналитичната химия.
4. Глава 3 Цветни реакции на пламъка.
5. Заключение.

Въведение.

От ранно детство бях очарован от работата на химиците. Те изглеждаха магьосници, които, като научиха някои скрити закони на природата, създадоха неизвестното. В ръцете на тези магьосници веществата променят цвета си, запалват се, нагряват се или охлаждат, експлодират. Когато дойдох в час по химия, завесата започна да се вдига и започнах да разбирам как протичат химическите процеси. Завършеният курс по химия не ми беше достатъчен, затова реших да работя по проекта. Исках темата, по която работя, да бъде смислена, да ми помогне да се подготвя по-добре за изпита по химия и да задоволя копнежа си за красиви и ярки реакции.

Изучаваме оцветяването на пламък с метални йони в различни цветове в уроците по химия, когато преминаваме през алкални метали. Когато се заинтересувах от тази тема, се оказа, че в случая тя не е напълно разкрита. Реших да го проуча по-подробно.

Цел: С помощта на тази работа искам да науча как да определя качествения състав на някои соли.

задачи:

1. Запознайте се с аналитичната химия.
2. Научете методите на аналитичната химия и изберете най-подходящия за моята работа.
3. Използвайки експеримента, за да определите кой метал е част от солта.

Глава 1.

Аналитична химия.

Аналитична химия -клон на химията, който изучава химичен състави отчасти структурата на веществата.

Целта на тази наука е да определи химичните елементи или групи от елементи, които изграждат веществата.

Предмет на неговото изследване е усъвършенстването на съществуващите и разработването на нови методи за анализ, търсенето на възможности за тяхното практическо приложение, изследване на теоретичните основи на аналитичните методи.

В зависимост от задачата на методите се разграничават качествен и количествен анализ.

1. Качествен анализ - набор от химични, физикохимични и физични методи, използвани за откриване на елементи, радикали и съединения, които съставляват анализираното вещество или смес от вещества. При качествен анализ могат да се използват лесно изпълними, характерни химични реакции, при които се наблюдава появата или изчезването на оцветяването, отделянето или разтварянето на утайка, образуването на газ и др. Такива реакции се наричат ​​качествени и с с тяхна помощ може лесно да се провери състава на дадено вещество.

Качественият анализ най-често се извършва във водни разтвори. Тя се основава на йонни реакциии ви позволява да откривате катиони или аниони на веществата, които се съдържат там. Робърт Бойл се счита за основател на този анализ. Той въведе това понятие за химични елементикато неразложими основни части на сложни вещества, след което систематизира всички качествени реакции, известни по негово време.

1. Количествен анализ - набор от химични, физико-химични и физични методи за определяне на съотношението на компонентите, които съставляват

аналит. Въз основа на резултатите от това могат да се определят равновесните константи, продуктите на разтворимост, молекулните и атомните маси. Такъв анализ е по-труден за изпълнение, тъй като изисква внимателен и по-старателен подход, в противен случай резултатите могат да дадат големи грешки и работата ще бъде сведена до нула.

Количественият анализ обикновено се предшества от качествен анализ.

Глава 2

Методи за химичен анализ.

Методите за химичен анализ са разделени на 3 групи.

1. Химически методивъз основа на химични реакции.

В този случай за анализ могат да се използват само такива реакции, които са придружени от визуален външен ефект, например промяна в цвета на разтвора, отделяне на газове, утаяване или разтваряне на утайките и т.н. Тези външни ефекти ще служат като аналитични сигнали в този случай. Химичните промени, които се извършват, се наричат ​​аналитични реакции, а веществата, които причиняват тези реакции, се наричат ​​химични реагенти.

Всички химически методи са разделени на две групи:

1. Реакцията се провежда в разтвор, така нареченият "мокър път".
2. Метод за извършване на анализ с твърди вещества без използване на разтворители, такъв метод се нарича "сух път". Разделя се на пирохимичен анализ и анализ на тритурация. Впирохимичен анализ иИзследваното вещество се нагрява в пламък на газова горелка. В този случай летливите соли (хлориди, нитрати, карбонати) на редица метали придават на пламъка определен цвят. Друг метод за пиротехнически анализ е производството на цветни перли (очила). За получаване на перли метални соли и оксиди се легират с натриев тетраборат (Na2 B4O7 "10H2O) или натриев амониев хидрофосфат (NaNH4HP04 4H20) и се наблюдава цветът на получените стъкла (перли).
3. Метод на триенебеше предложено в 1898 г. Ф. М. Флавицки. Твърдо изпитвано вещество се стрива с твърд реагент и се наблюдава външен ефект. Например, кобалтовите соли с амониев тиоцианат могат да дадат син цвят.

1. При анализ по физични методипроучване физични свойствавещества с помощта на инструменти, без да се прибягва до химични реакции. Физичните методи включват спектрален анализ, луминесцентна, рентгенова дифракция и други методи за анализ.
2. С помощта на физико-химични методиизучаване на физическите явления, които възникват при химични реакции. Например, при колориметричния метод, интензитетът на цвета се измерва в зависимост от концентрацията на веществото, при кондуктометричния анализ се измерва промяната в електрическата проводимост на разтворите.

Глава 3

Лабораторна работа.

Цветни реакции на пламъка.

Цел: За изследване на оцветяването на пламъка на алкохолна лампа с метални йони.

В работата си реших да използвам метода за пиротехнически анализ на пламъчно оцветяване с метални йони.

Тествани вещества:метални соли (натриев флуорид, литиев хлорид, меден сулфат, бариев хлорид, калциев хлорид, стронциев сулфат, магнезиев хлорид, оловен сулфат).

Оборудване: порцеланови чаши, етилов алкохол, стъклена пръчка, концентрирана солна киселина.

За да извърша работата, направих солен разтвор етилов алкохоли след това подпалени. Прекарах опита си няколко пъти, на последния етап бяха избрани най-добрите мостри, полето на което направихме видео.

заключения:

Летливите соли на много метали оцветяват пламъка в различни цветове, характерни за тези метали. Цветът зависи от нажежаемите пари на свободните метали, които се получават в резултат на термичното разлагане на солите при въвеждането им в пламъка на горелката. В моя случай тези соли включваха натриев флуорид и литиев хлорид, те дадоха ярки наситени цветове.

Заключение.

Химическият анализ се използва от човек в много области, докато в уроците по химия се запознаваме само с малка област от тази сложна наука. Техниките, които се използват в пирохимичния анализ, се използват при качествения анализ като предварителен тест при анализа на смес от твърди вещества или като реакции за проверка. При качествения анализ на реакцията "сухият" начин играе само спомагателна роля, те обикновено се използват като първични тестове и реакции за проверка.

В допълнение, тези реакции се използват от хората в други индустрии, например в фойерверки. Както знаем, фойерверките са декоративни светлини с различни цветове и форми, получени чрез изгаряне на пиротехнически състави. Така че към фойерверките на пиротехниката се добавят различни горими вещества, сред които са широко представени неметални елементи (силиций, бор, сяра). По време на окисляването на бора и силиция, голям бройенергия, но не се образуват газови продукти, така че тези вещества се използват за направата на забавени предпазители (за запалване на други съединения в определено време). Много смеси включват органични въглеродни материали. Например дървени въглища (използвани в черен прах, фойерверки) или захар (димни гранати). Използват се реактивни метали (алуминий, титан, магнезий), чието изгаряне при висока температура дава ярка светлина. Това тяхно свойство започна да се използва за пускане на фойерверки.

В процеса на работа разбрах колко трудно и важно е да се работи с вещества, не всичко беше напълно успешно, както бих искал. По правило в уроците по химия няма достатъчно практическа работа, благодарение на която се изработват теоретични умения. Проектът ми помогна да развия това умение. Освен това с голямо удоволствие запознах съучениците си с резултатите от моята работа. Това им помогна да затвърдят теоретичните си знания.

алуминий -запалим метал, атомна маса 26,98; плътност 2700 kg / m 3, точка на топене 660,1 ° C; точка на кипене 2486 °C; топлина на изгаряне -31087 kJ/kg. Алуминиеви стърготини и прах могат да се възпламенят при локално действие на нискокалорични източници на запалване (пламъци от кибрит, искри и др.). Когато алуминиев прах, стърготини, фолио взаимодействат с влага, се образува алуминиев оксид и се отделя голямо количество топлина, което води до спонтанното им запалване при натрупване в купчини. Този процес се улеснява от замърсяването на тези материали с масла. Отделянето на свободен водород по време на взаимодействието на алуминиевия прах с влагата улеснява експлозията му. Температурата на самозапалване на проба от алуминиев прах с дисперсия 27 микрона е 520 °C; температура на тлеене 410 °C; долна граница на концентрация на разпространение на пламъка 40 g/m 3 ; максимално налягане на експлозия 1,3 MPa; скорост на повишаване на налягането: средно 24,1 MPa/s, максимум 68,6 MPa/s. Пределната концентрация на кислород, при която се изключва запалването на въздушната суспензия от електрическа искра, 3% от обема. Утаеният прах е пожароопасен. Температура на самозапалване 320 °C. Алуминият лесно взаимодейства с стайна температурас водни разтвори на алкали и амоняк с отделяне на водород. Смесване на алуминиев прах с алкален воден разтворможе да предизвика експлозия. Реагира енергично с много металоиди. Алуминиеви стърготини изгарят, например, в бром, образувайки алуминиев бромид. Взаимодействието на алуминия с хлор и бром става при стайна температура, с йод - при нагряване. При нагряване алуминият се комбинира със сяра. Ако алуминиевият прах се изсипе във вряща серна пара, тогава алуминият се запалва. Силно смлян алуминий реагира с халогенирани въглеводороди; малко количество алуминиев хлорид (образуван по време на тази реакция) действа като катализатор, ускорявайки реакцията, в някои случаи води до експлозия. Това явление се наблюдава, когато алуминиевият прах се нагрява с метилхлорид, въглероден тетрахлорид, смес от хлороформ и въглероден тетрахлорид до температура от около 150 °C.

Алуминият под формата на компактен материал не взаимодейства с въглероден тетрахлорид. Смесването на алуминиев прах с някои хлорирани въглеводороди и алкохол води до спонтанно запалване на сместа. Смес от алуминиев прах с меден оксид, сребърен оксид, оловен оксид и особено оловен диоксид изгаря с експлозия. Смес от амониев нитрат, алуминиев прах с въглища или нитро съединения е експлозив. Пожарогасителни средства: сух пясък, алуминиев триоксид, магнезит на прах, азбестово одеяло. Използването на вода и пожарогасители е забранено.

V чиста формаалуминият не се среща в природата, тъй като много бързо се окислява от атмосферния кислород с образуването на силни оксидни филми, които предпазват повърхността от по-нататъшно взаимодействие.

Като конструктивен материал обикновено се използва не чист алуминий, а различни сплави на негова основа, които се характеризират с комбинация от задоволителна якост, добра пластичност, много добра заваряемост и устойчивост на корозия. В допълнение, тези сплави се характеризират с висока устойчивост на вибрации.

Изгаряне на алуминий

Изгаряне на алуминий във въздуха

За разлика от магнезия, единичните частици на алуминия не се запалват при нагряване във въздух или водна пара до 2100 K. За запалване на алуминия се използват горящи частици магнезий. Последните се поставят върху повърхността на нагревателния елемент, а алуминиеви частици се поставят върху върха на иглата на разстояние 10–4 m над първия.

Запалването на алуминиеви частици по време на неговото запалване се случва в парната фаза, а интензитетът на зоната на сияние, която се появява около частицата, се увеличава бавно. Стационарното горене се характеризира със съществуването на светеща зона, която не променя размера си, докато металът не изгори почти напълно. Съотношението на размерите на светещата зона и частицата е 1,6-1,9. В зоната на светене се образуват малки капчици оксид, които се сливат при сблъсък.

Остатъкът след изгаряне на частицата е куха обвивка, която не съдържа метал вътре. Зависимостта на времето на горене на частица от нейния размер се изразява с формулата (горенето е симетрично).

Изгаряне на алуминий във водна пара

Запалването на алуминия във водна пара протича нееднородно. Водородът, освободен по време на реакцията, допринася за разрушаването на оксидния филм; докато течен алуминиев оксид (или хидроксид) се пръска под формата на капчици с диаметър до 10-15 микрона. Такова разрушаване на оксидната обвивка периодично се повтаря. Това показва, че значителна част от метала изгаря върху повърхността на частицата.

В началото на горенето съотношението r /r 0 е равно на 1,6-1,7. По време на горенето размерът на частиците намалява, а съотношението gsw/?o се увеличава до 2,0-3,0. Скоростта на изгаряне на алуминиева частица във водна пара е почти 5 пъти по-голяма, отколкото във въздуха.

Изгаряне на алуминиево-магнезиеви сплави

Изгаряне на алуминиево-магнезиеви сплави във въздуха

Запалването на частици от алуминиево-магнезиеви сплави с променлив състав във въздуха, кислородно-аргонови смеси, водни пари и въглероден диоксид протича като правило подобно на запалването на магнезиеви частици. Началото на запалването се предшества от окислителни реакции, протичащи на повърхността.

Изгарянето на алуминиево-магнезиеви сплави се различава значително от горенето както на алуминий, така и на магнезий и силно зависи от съотношението на компонентите в сплавта и от параметрите на окислителната среда. Най-важната характеристикаизгарянето на сплавните частици е двуетапен процес (фиг. 2.6). На първия етап частицата е заобиколена от набор от факли, които образуват нехомогенна светеща зона на реакционните продукти. Сравнявайки естеството и размера на светещата зона, заобикаляща частицата на сплавта по време на първия етап на горене с естеството и размера на светещата зона около горящата магнезиева частица (виж фиг. 2.4), можем да заключим, че на този етап е основно магнезий, който изгаря от частицата.

Ориз. 2.6. Изгаряне на частица от сплав 30% A1 + 70% Mg при нормално атмосферно налягане в смес, съдържаща 15% O по обем 2и 85% Ar:

1, 2 – изгаряне на магнезий; 3-6 – алуминиево изгаряне

Характеристика на първия етап на изгаряне на сплав е постоянството на размера на частиците и зоната на пламъка. Това означава, че течната капчица на сплавта е затворена в твърда оксидна обвивка. В оксидния филм преобладава магнезиевият оксид. Магнезият изтича навън през дефекти на филма и изгаря в дифузионен пламък в парна фаза.

В края на първия етап ходът на хетерогенните реакции се увеличава, което се доказва от появата на центрове на ярка луминесценция на повърхността на частицата. Топлината, отделена по време на хетерогенни реакции, допринася за нагряването на частицата до точката на топене на оксида и началото на втория етап на горене.

На втория етап на горене частицата е заобиколена от хомогенна, по-ярка зона на сияние, която намалява с изгарянето на метала. Еднородността и сферичността на зоната на пламъка показват, че оксидният филм на повърхността на частицата е разтопен. Дифузията на метала през филма се осигурява от ниското дифузионно съпротивление на течния оксид. Размерът на зоната на пламъка значително надвишава размера на частицата, което показва изгарянето на метала в парната фаза. Сравнението на естеството на втория етап на горене с известния модел на горене на алуминий показва голямо сходство, вероятно, изгарянето на алуминий на този етап от процеса. Тъй като изгаря, размерът на пламъка намалява, а следователно и размерът на горящата капка. Изгорената частица свети дълго време.

Промяната на размера на зоната на светене на горяща частица в съответствие с описания механизъм е сложна (фиг. 2.7). След запалване, стойността rСв. /r 0 бързо (за -0,1 ms) достига максималната си стойност (секция аб). Освен това, в основното време на първия етап на горене, съотношението r sv/ r 0 остава постоянно (раздел bv). Когато изгарянето на магнезий приключи, r cv/ r 0 се намалява до минимум (точка G),и след това, с началото на изгарянето на алуминия, се увеличава (раздел където). Не на последно място алуминиево изгаряне rСв. /r 0 намалява монотонно (раздел де) до крайна стойност, съответстваща на размера на образувания оксид.

Ориз. 2.7.:

1 – сплав 30% Al + 70% Mg, въздух; 2 – сплав 30% A1 + 70% Mg, смес 15% O2 + 85% Ar; 3 – сплав 50% A1 + 50% Mg, въздух

Механизмът и параметрите на горивния процес на алуминиево-магнезиеви сплави значително зависят от състава на сплавта. С намаляване на съдържанието на магнезий в сплавта, размерът на зоната на светене по време на първия етап на горене и продължителността на този етап намаляват. Когато съдържанието на магнезий в сплавта е по-малко от 30%, процесът остава двуетапен, но става прекъснат. В края на първия етап зоната на светене се намалява до размера на самата частица, процесът на горене спира и алуминият изгаря само след повторното запалване на частицата. Частиците, които не се запалват отново, са кухи обвивки от порест оксид, съдържащи капчици от неизгорял алуминий вътре.

Зависимостта на времето на горене на частиците от първоначалния им диаметър се изразява със следните емпирични формули:

Изгаряне на алуминиево-магнезиеви сплави в смеси на кислород с аргон, във водна пара и въглероден диоксид.

Естеството на изгаряне на частици от алуминиево-магнезиеви сплави в кислородно-аргонови смеси е същото като във въздуха. С намаляване на съдържанието на кислород, размерът на светещата зона по време на изгаряне на магнезий намалява значително. Зависимостта на времето на горене на частиците на сплавта 50% A1 + 50% Mg от размера на частиците и съдържанието на кислород в сместа в обемни проценти се изразява по формулата

Изгарянето на сплави във водна пара е значително различно (фиг. 2.8). Оксидният филм, образуван през първия етап, се унищожава от водород и частицата приема формата на корал. Оставащият в корала алуминий се запалва само 1–10 ms след края на първия етап. Такова прекъсване на процеса е типично за сплави от всякакъв състав.

Ориз. 2.8. Горивни частици от алуминиево-магнезиева сплав (50:50) сферични(а) и погрешно(б) образува се в среда от водна пара при нормално атмосферно налягане:

1 – начална частица; 2 – частица преди запалване; 3 – изгаряне на магнезий; 4 - алуминиево изгаряне; 5 - корал, образуван след частицата

По време на изгарянето на алуминиево-магнезиеви сплави във въглероден диоксид от частицата изгаря само магнезий, след което процесът на горене спира.

Изгаряне на алуминиево-магнезиеви сплави във високотемпературен пламък

За изследване на процеса на изгаряне на метални частици при високи температури, под частица, засадена на върха на иглата, се изгаря пресована таблетка от смеси от амониев перхлорат и уротропин, като се изчисляват температури на горене от 2500, 2700 и 3100 К.

Изгарянето на частици от алуминиево-магнезиеви сплави при тези условия става като правило с експлозия. Наличието на експлозия е характерно за частици от всички състави. В резултат на експлозията се образува значителна зона на луминесценция, което е знак за преобладаване на парно-фазово горене. Снимки на горяща частица в началото на горенето (фиг. 2.9, а) показват, че хетерогенни реакции протичат по цялата повърхност на оксидната обвивка. Поради топлината на хетерогенните реакции се получава бързо изпаряване на метала (фиг. 2.9, б), допринасящи за разкъсването на оксидната обвивка и разпръскването на неизпарената капка (фиг. 2.9, v).

Ориз. 2.9. Изгаряне на 95% частици от алуминиева сплавс 5% Mg в окисляващ пламък (температура 2700 K):

а – начална фазаизгаряне; б– стационарно горене; v- разделяне

Според Б. Г. Лрабей, С. Е. Салибеков и Ю. В. Ленински, раздробяването на частици от алуминиево-магнезиеви сплави се причинява от много голяма разлика в точките на кипене на магнезия и алуминия, в резултат на което кипенето на магнезия при частицата е във високотемпературната зона е експлозивна и води до смачкване на останалия алуминий. Температурата от 2500 К вече е достатъчна за възникване на експлозивно горене, което е съвсем естествено, тъй като тази температура надвишава точката на кипене и на двата компонента.

• Арабей Б. Г., Салибеков С. Е., Левински Ю. В.Някои характеристики на запалването и изгарянето на метален прах // Прахова металургия. 1964. No 3. С. 109-118.

ДА ПОГЛЕДНЕМ ОТВЪД СЦЕНАТА

За да формулираме моделите на протичащите процеси, можем да се ограничим до разглеждане на катиони и да изключим аниони, тъй като самите те не участват в реакцията. (Въпреки това, типът аниони влияе върху скоростта на отлагане.) Ако за простота приемем, че и освободените, и разтворените метали са двувалентни, тогава можем да запишем:

Аз 1 + Аз 2 2+ => Аз 1 2+ + Аз 2

Освен това за първия експеримент Me 1 = Fe, Me 2 = Сu. И така, процесът се състои в обмяна на заряди (електрони) между атоми и йони на двата метала. Ако разгледаме отделно (като междинни реакции) разтварянето на желязото или утаяването на мед, получаваме:

Fe => Fe 2+ + 2e -
Cu 2+ + 2e - => Cu

Сега разгледайте случая, когато металът е потопен във вода или в солен разтвор, с чийто катион обменът е невъзможен поради позицията му в поредицата от напрежения. Въпреки това металът има тенденция да преминава в разтвор под формата на йон. В този случай металният атом отдава два електрона (ако металът е двувалентен), повърхността на метала, потопен в разтвора, се зарежда отрицателно по отношение на разтвора и на интерфейса се образува двоен електрически слой. Тази потенциална разлика предотвратява по-нататъшното разтваряне на метала, така че процесът скоро спира. Ако два различни метала са потопени в разтвор, тогава и двата ще бъдат заредени, но по-малко активният е малко по-слаб, поради факта, че неговите атоми са по-малко склонни да отделят електрони. Свържете двата метала с проводник. Поради потенциалната разлика потокът от електрони ще тече от по-активния метал към по-малко активния, който образува положителния полюс на елемента. Провежда се процес, при който по-активният метал преминава в разтвор, а катионите от разтвора се отделят върху по-благородния метал.

Същност на галваничния елемент

Нека сега илюстрираме с няколко експеримента горните донякъде абстрактни разсъждения (което освен това е грубо опростяване).

Първо, напълнете чаша с вместимост 250 ml до средата с 10% разтвор на сярна киселина и потопете не много малки парченца цинк и мед в нея. Запояваме или занитваме медна жица към двата електрода, чиито краища не трябва да докосват разтвора.

Докато краищата на телта не са свързани един с друг, ще наблюдаваме разтварянето на цинк, което е придружено от освобождаване на водород. Цинкът, както следва от серията на напрежението, е по-активен от водорода, така че металът може да измести водорода от йонното състояние. И двата метала образуват електрически двоен слой. Потенциалната разлика между електродите се открива най-лесно с волтметър. Веднага след включване на устройството във веригата, стрелката ще покаже приблизително 1 V, но след това напрежението бързо ще спадне. Ако свържете малка крушка към елемента, който консумира напрежение от 1 V, тогава той ще светне - отначало доста силно, а след това сиянието ще стане слабо.

По полярността на клемите на устройството можем да заключим, че медният електрод е положителен полюс. Това може да се докаже дори без устройство, като се вземе предвид електрохимията на процеса. Приготвяме наситен разтвор на готварска сол в малка чаша или в епруветка, добавяме около 0,5 ml алкохолен разтвор на фенолфталеинов индикатор и потапяме двата електрода, затворени с тел, в разтвора. В близост до отрицателния полюс ще се наблюдава леко червеникаво оцветяване, което се причинява от образуването на натриев хидроксид на катода.

В други експерименти човек може да постави различни двойки метали в клетката и да определи полученото напрежение. Например, магнезият и среброто ще дадат особено голяма потенциална разлика поради значителното разстояние между тях в поредица от напрежения, докато цинкът и желязото, напротив, ще дадат много малка, по-малко от една десета от волта. Използвайки алуминий, ние няма да получим практически никакъв ток поради пасивиране.

Всички тези елементи или, както казват електрохимиците, вериги имат недостатъка, че когато се вземе ток, напрежението пада много бързо върху тях. Следователно, електрохимиците винаги измерват истинската стойност на напрежението в изключено състояние, използвайки метода компенсация на напрежението, тоест сравнявайки го с напрежението на друг източник на ток.

Нека разгледаме по-подробно процесите в медно-цинковия елемент. На катода цинкът преминава в разтвор съгласно следното уравнение:

Zn => Zn 2+ + 2е -

Водородните йони на сярна киселина се изхвърлят върху медния анод. Те прикрепват електрони, идващи през жицата от цинковия катод и в резултат на това се образуват водородни мехурчета:

2H + + 2e - \u003d\u003e H 2

След кратък период от време медта ще бъде покрита с тънък слой водородни мехурчета. В този случай медният електрод ще се превърне във водороден електрод и потенциалната разлика ще намалее. Този процес се нарича поляризацияелектрод. Поляризацията на медния електрод може да бъде елиминирана чрез добавяне на малко разтвор на калиев бихромат към клетката след спадане на напрежението. След това напрежението отново ще се увеличи, тъй като калиевият дихромат ще окисли водорода до вода. Калиевият бихромат действа в този случай като деполяризатор.

На практика се използват галванични вериги, чиито електроди не са поляризирани, или вериги, чиято поляризация може да бъде елиминирана чрез добавяне на деполяризатори.

Като пример за неполяризиращ елемент, разгледайте елемента на Даниел, който често се използваше в миналото като източник на ток. Това също е медно-цинков елемент, но и двата метала са потопени в различни разтвори. Цинковият електрод се поставя в пореста глинена клетка, пълна с разредена (около 20%) сярна киселина. Глинената клетка се суспендира в голяма чаша, съдържаща концентриран разтвор на меден сулфат, а на дъното има слой от кристали на меден сулфат. Вторият електрод в този съд е цилиндър от меден лист.

Този елемент може да бъде направен от стъклен буркан, налична в търговската мрежа глинена клетка (в краен случай използвайте саксия, затваряща дупката в дъното) и два електрода с подходящ размер.

По време на работа на елемента цинкът се разтваря с образуването на цинков сулфат и върху медния електрод се отделя метална мед. Но в същото време медният електрод не е поляризиран и елементът дава напрежение от около 1 V. Всъщност, теоретично напрежението на клемите е 1,10 V, но при вземане на тока измерваме малко по-ниска стойност, поради към електрическото съпротивление на клетката.

Ако не премахнем тока от клетката, трябва да извадим цинковия електрод от разтвора на сярна киселина, защото в противен случай той ще се разтвори, за да образува водород.

На фигурата е показана диаграма на проста клетка, която не изисква пореста преграда. Цинковият електрод е разположен в стъкления буркан отгоре, а медният електрод е разположен близо до дъното. Цялата клетка се запълва с наситен разтвор на натриев хлорид. На дъното на буркана изсипваме шепа кристали меден сулфат. Полученият концентриран разтвор на меден сулфат ще се смеси с разтвора на обикновената сол много бавно. Следователно, по време на работа на клетката, медта ще се отдели върху медния електрод, а цинкът под формата на сулфат или хлорид ще се разтвори в горната част на клетката.

Сега батериите се използват почти изключително сухи елементикоито са по-удобни за използване. Техният предшественик е елементът Лекланше. Електродите са цинков цилиндър и въглероден прът. Електролитът е паста, която се състои главно от амониев хлорид. Цинкът се разтваря в пастата, а водородът се отделя върху въглищата. За да се избегне поляризация, въглеродният прът се спуска в ленена торба със смес от въглищен прах и пиролузит. Въглеродният прах увеличава повърхността на електрода, а пиролузитът действа като деполяризатор, като бавно окислява водорода. Вярно е, че деполяризиращата способност на пиролузита е по-слаба от тази на споменатия по-рано калиев дихромат. Следователно, когато ток се получава в сухи клетки, напрежението пада бързо, те се "уморяват" поради поляризация. Само след известно време настъпва окисляване на водорода от пиролузита. Така елементите "почиват", ако за известно време не преминава ток. Нека проверим това на батерия за фенерче, към която ще свържем крушка. Успоредно на лампата, тоест директно към клемите, свързваме волтметър. Първоначално напрежението ще бъде около 4,5 V. (Най-често три клетки са свързани последователно в такива батерии, всяка с теоретично напрежение 1,48 V.) След известно време напрежението ще спадне, крушката ще отслабне. Отчитайки волтметъра, можем да преценим колко време трябва да почива батерията.

Специално място заемат регенеративните елементи, известни като батерии. В тях протичат обратими реакции и те могат да бъдат презаредени след разреждане на клетката чрез свързване към външен източник на постоянен ток.

В момента оловно-киселинните батерии са най-разпространени; в тях електролитът е разредена сярна киселина, в която са потопени две оловни пластини. Положителният електрод е покрит с оловен пероксид PbO 2 (съвременното име е оловен диоксид), отрицателният е метално олово. Напрежението на клемите е приблизително 2,1 V. При разреждане и върху двете пластини се образува оловен сулфат, който отново се превръща в метално олово и в оловен пероксид при зареждане.

Пламъкът идва в различни цветове. Погледни в камината. Върху трупите танцуват жълти, оранжеви, червени, бели и сини пламъци. Цветът му зависи от температурата на горене и от горимия материал. За да си представите това, представете си спирала на електрическа печка. Ако плочката е изключена, намотките на спиралата са студени и черни. Да приемем, че сте решили да загреете супата и да включите котлона. Отначало спиралата става тъмночервена. Колкото по-високо се повишава температурата, толкова по-ярък е червеният цвят на спиралата. Когато плочката достигне максималната си температура, спиралата става оранжево-червена.

Естествено, спиралата не гори. Не виждаш пламъка. Тя просто е много гореща. Ако го нагреете допълнително, цветът също ще се промени. Отначало цветът на спиралата ще стане жълт, след това бял, а когато се нагрее още повече, от нея ще излезе синьо сияние.

Нещо подобно се случва с огъня. Да вземем свещ за пример. Различните части на пламъка на свещта имат различни температури. Огънят се нуждае от кислород. Ако свещта е покрита със стъклен буркан, огънят ще изгасне. Централната зона на пламъка на свещта в съседство с фитила консумира малко кислород и изглежда тъмна. Горната и страничната част на пламъка получават повече кислород, така че тези области са по-ярки. Докато пламъкът преминава през фитила, восъкът се топи и пука, разпадайки се на малки частици въглерод. (Въглищата също са направени от въглерод.) Тези частици се пренасят нагоре от пламъка и изгарят. Те са много горещи и светят като спиралата на вашата плочка. Но частиците на въглерода са много по-горещи от спиралата на най-горещата плочка (температурата на горене на въглерода е около 1400 градуса по Целзий). Следователно блясъкът им има жълт цвят. В близост до горящия фитил пламъкът е още по-горещ и свети в синьо.

Пламъкът на камина или огън е предимно пъстър.Дървото гори при по-ниска температура от фитил за свещ, така че основният цвят на огъня е оранжев вместо жълт. Някои частици въглерод в пламъка на огън имат доста висока температура. Те не са много, но придават жълтеникав оттенък на пламъка. Охладените частици от горещ въглерод са сажди, които се утаяват комини. Температурата на горене на дървесината е по-ниска от температурата на горене на свещ. Калцият, натрият и медта, нагрети до висока температура, светят различни цветове. Те се добавят към барута на ракетите, за да оцветят светлините на празничните фойерверки.

Цвят на пламъка и химичен състав

Цветът на пламъка може да се промени в зависимост от химическите примеси, съдържащи се в трупите или други горими вещества. Пламъкът може да съдържа, например, примес от натрий.

Още в древни времена учени и алхимици се опитвали да разберат какви вещества горят в огъня, в зависимост от цвета на огъня.

• Натрият е компонент на готварската сол. Когато натрият се нагрява, той става ярко жълт.
• Калцият може да попадне в огъня. Всички знаем, че в млякото има много калций. Това е метал. Горещият калций става яркочервен.
• Ако фосфорът изгори в огън, пламъкът ще стане зеленикав. Всички тези елементи или се съдържат в дървото, или влизат в огъня с други вещества.
• Почти всеки дом има газови печкиили колони, пламъкът в които е оцветен в син нюанс. Това се дължи на горимия въглерод, въглеродния оксид, който дава този нюанс.

Смесването на цветовете на пламъка, като смесването на цветовете на дъгата, може да даде бял цвятследователно в пламъка на огън или камина се виждат бели зони.

Температура на пламъка по време на горене на определени вещества:

Как да получите равномерен цвят на пламъка?

За изследване на минералите и определяне на техния състав, Бунзенова горелка, което дава равномерен, безцветен цвят на пламъка, който не пречи на хода на експеримента, изобретен от Бунзен в средата на 19 век.

Бунзен беше пламенен почитател на огнената стихия, често си играеше с пламъка. Страстта му беше духането на стъкло. Издухвайки различни хитри конструкции и механизми от стъкло, Бунзен не можеше да забележи болката. Случвало се е втвърдените му пръсти да пушат от горещото все още меко стъкло, но той не обръщал внимание на това. Ако болката вече надхвърли прага на чувствителността, тогава той се измъкна със собствен метод - силно притисна ушната си мида с пръсти, прекъсвайки една болка с друга.

Именно той е основателят на метода за определяне на състава на веществото по цвета на пламъка. Разбира се, още преди него учените се опитаха да извършат подобни експерименти, но не разполагаха с горелка на Бунзен с безцветен пламък, който да не пречи на експеримента. Той въведе различни елементи върху платинена тел в пламъка на горелката, тъй като платината не влияе на цвета на пламъка и не го оцветява.

Изглежда, че методът е добър, не е необходим сложен химичен анализ, докарах елемента до пламъка - и съставът му се вижда веднага. Но го нямаше. Много рядко веществата се срещат в природата в чиста форма, обикновено съдържат голям набор от различни примеси, които променят цвета си.

Бунзен опита различни методи за изолиране на цветовете и техните нюанси. Например, той се опита да гледа през цветни очила. Например, синьото стъкло гаси жълтия цвят, който дават най-често срещаните натриеви соли, и може да се различи пурпурният или лилав оттенък на естествения елемент. Но дори с помощта на тези трикове беше възможно да се определи съставът на сложен минерал само веднъж на сто.

Интересно е!Поради свойството на атомите и молекулите да излъчват светлина с определен цвят, е разработен метод за определяне състава на веществата, който се нарича спектрален анализ. Учените изучават спектъра, който веществото излъчва, например, по време на горене, сравняват го със спектрите на известни елементи и по този начин определят неговия състав.