Polarizációja elektródák

Kémiai talált forrásokat szélesebb körben történő alkalmazása, ha tudnák legyőzni a fő hátránya - a bizonytalanság az idő értékét elektródák potenciál. Az egyensúlyi állapot csak akkor lehetséges, ha nincs áram az áramkörben. Attól függően, hogy az áram nagyságának potenciál „kiköltözik” a kezdeti egyensúlyi értékeket.

Az eltolás potenciálja az elektróda a kezdeti egyensúlyi vagy állandósult értéke nevezzük elektród polarizációja. Az időbeli változása az anód potenciál - anódos polarizációs (# 916; # 949, a). Ebben az esetben az anód potenciáljának eltolódik a pozitív irányban a kezdeti érték. katód potenciálja miatt a katódos polarizációs (# 916; # 949; k) tolódik, hogy a negatív oldalon a kezdeti érték. A potenciálok az elektródák húzza össze az értékeket a potenciális különbség (elektromotoros erő) csökken, és végül nullához közelít:

A E = 0 van egy munkabeszüntetés a sejt, ez egy állam teljes polarizáció.

Alapvető az instabilitás két lehetséges értéke van. Az első tárgya az áramlás a lassú diffúzió ionok az elektrolit oldat - az úgynevezett koncentrációs polarizáció. A második ok a kémiai, ez lassul munka miatt kinetikai problémák legtöbb elektród reakcióját oxidációval vagy redukcióval. Ezt a polarizációt nevezik elektrokémiai vagy a túlfeszültség (# 951;).

6.4 ábra mutatja a magasabb elektromos kétrétegű a cink elektród (anód). Világosan látható, hogy a cink-kationokat vonzza a negatív töltésű felületét cink és „hang” rajta, megakadályozva a következő kationok ki a fém az oldatba és diffúz az elektroliton keresztül. cink kationok az elektród felületén leállítottuk negatív töltése, és így a potenciális eltolódik a pozitív oldalon. A katódon pedig fordítva. fémkationok az oldat térfogatát kell diffundálnak a katód felületére, és vissza rajta. Ezt a diffúziós nem fordulhat elég gyorsan, a mobilitás a fém kationok (lásd. 3.1 ábra) az oldatban korlátozott, mert a magas hidratációs „coat”, nem képesek megközelíteni a katód felületét a kívánt mennyiségben, és a lehetséges eltolódik a negatív oldalon.

Nézzük most elképzelni az ellenkező esetben, ha a két-elektród rendszer, amelyben az intézkedés alapján villamos energiát az elektrolit oldat vagy olvadék előfordulnak redox reakciók - elektrolízis eljárásokban. Ha a hálózati feszültség, áram hővé csak. Az elektrolízis forrásra van szükség egyenáram. Továbbá, az elektrolit fürdő van szükség, az úgynevezett elektrolizáló és két elektródát. Ami fontos, az az anyag, amelyből az anód készül. Az anódon (elektrolízise során egy pozitív töltésű elektróda), a folyamat oxidációs. A legtöbb fémes anyagok oxidálódnak hatására elektromos áram, az anyag különösen fontos a katód. Ezen elektróda van redukció és csupán annak képességét áram. Például, úgy a folyamat az elektrolízis a cink-szulfát-oldatot. Az anód használatával fém cink, mint a katód - rézlemez. beállítás áramkör látható az 8.1 ábra.

Fig.8.1 Elektrolízis cink-szulfát-oldatot

Az hatására elektromos áram a cink anód reakció elkezdődött annak oxidációs, az anód anyaga feloldódik. Ezek anódok nevezik oldható:

Cink kationokkal jelen az oldatban egy szulfát-disszociációs diffúz, hogy a felület egy negatív töltésű katód és csökken annak:

A felszínen a réz réteget fémből cink. A folyamat az úgynevezett galvanizált cinkréteg, így lehet alkalmazni, hogy a fém réteg vagy rétegek más fémek korrózió elleni védelmére, vagy hogy fokozza a megjelenése a termék. A folyamat is használják színesfém kohászat vállalatok. Ennek eredményeként, olvasztási műveletek kapott fém réz, nikkel, kobalt szennyezett más fémeket, ként. Végső takarítás végezzük elektrolízis növények. A termékek bemerítjük a fürdőbe, és úgy járnak, mint egy fogyóanód, a katód lerakódik csak a kívánt tiszta fém. Elektrolitikus tisztító kapunk katód réz, nikkel, kobalt.

Mivel a cellában, az elektródok polarizált az elektrolizáló. anódpotenciál idővel növekszik (mivel pozitív töltésű), a katód potenciál csökken (a negatív töltésű elektród). A minimális különbség a külső áramforrás potenciál, amely elektrolízis folyamat kezdődik nazyvaetsyapotentsialom elektrolit bomlás. A folyamat azzal kezdődik, de az eredmény a polarizációs feszültség különbség nagyobbá válik. és a folyamat leállt, akkor növelni kell a potenciális különbség, de végül újra leáll. Eredmény - túllépése áram. Ahhoz, hogy csökkentse a koncentráció-polarizáció az elektrolit fürdőben melegítjük szinte forráspontjáig (!). Nehézfémsóit mechanikusan nagy mennyiségben a légkörbe tankhouse. Ez az egyik legveszélyesebb iparágakban.

Az elektrolízist hajtjuk végre az olvadék elektrolit, például a készítményben az alumínium fém. Ebben az esetben, a fürdő - egy magas hőmérsékletű kemencébe, hogy kapjunk egy olvadék. Tegyük fel, betöltve az elektrolitikus nikkel-klorid olvadék, és használt anódként grafit, amely inert képest oxidációs áramütés anyagot. Egy ilyen eljárás az úgynevezett elektrolízissel oldhatatlan (inert) anód. A felszínen a grafit oxidálódik klorid anion jelen van a só olvadék során disszociációs. nikkel kation csökken a katódon:

NiCI2 ↔ Ni 2+ + 2CI # 9472; ;

Case elektrolízis oldat nehezebb képest az olvadék, mert elektrolízis lehet alávetni maga a víz. Amikor elektromos áram van szétbontva hidrogén és oxigén. Megbeszéljük az összes lehetséges konkurens eljárásra az elektrolízis során oldatok elektrolitok.

1. anód folyamatokat.

1.1 oldható anód. Anód anyaga M = Mg, Al, Zn, Fe, Mn, Cr, Sn, stb.:

1.2 inert anód (grafit, Pt, Ti, Nb).

A lehetséges opciók. Minden anionok két csoportra oszthatók. Először olyan anionok beskislorodsoderzhaschih savak, mint a CI # 9472;. Br # 9472;. én # 9472;. S 2 # 9472;. Ezen anionok oxidált könnyen:

A második csoport tartalmazza komplex anionok szulfáttal oxigénnel típusú 2 SO4 # 9472;. karbonát CO3 2 # 9472;. Foszfát PO4 3 # 9472;. nitrát NO3 # 9472; és mások. Ezen anionok magas oxidációs potenciálja nagyobb, mint a víz, így a vízmolekulák történik oxidációs folyamat. A lúgos környezetben, nagy koncentrációjú hidroxid anionok, amelyek szintén könnyen oxidálódik. Attól függően, hogy a pH-érték:

2. katódos folyamatok.

Ebben elektróda két egymással versengő hasznosítás:

A nagyobb elektróda potenciálja, annál könnyebb a helyreállítási a katódon. Kiderült, hogy az elektrolízis a fémek lehet beszerezni csak pozitív értékei standardpotenciál, mivel a hidrogén # 949; H2 0 (lásd. 6.1 táblázat). ténylegesen behajtott kationok ólom, ón, nikkel, vas, cink, és csak abban az esetben a nagyon aktív fémek a katódon hidrogén szabadul fel. Nézzük meg a mechanizmus a reakció hidrogén csökkenése a katód:

2H + + 2e ↔ H2 ↑

Ez a látszólag egyszerű reakció nem könnyű, neki öt lépésből álló mechanizmus:

a) hidratált diffúziója hidrogén ionok a felszínre az elektróda a elektrolit-térfogat;

b) egy lépésben vízelvonó H3 O + → H + + H2 O;

c) egy kisülési lépésben H + + e → H;

g) rekombinációs lépés (képződése molekulák) H + H → H2;

d) egy lépésben a képződése hidrogén gázbuborékok, így annak felülete - H2 ↑. Csak most lehet tekinteni, mint egy teljes folyamatot.

Ennek az a következménye bonyolult mechanizmus gátlása a folyamat egészét, ez nem történhet meg gyorsan és simán akadály nélkül, más szóval ez egy katódos elektrokémiai polarizáció. Elektrokémiai létre két alapvető elmélete hidrogén-túlfeszültséget. Elméletileg, a lassú kisülési feltételezzük, hogy a sebességmeghatározó lépés a folyamat lépés „egy”, és a lassú rekombináció elméleti - lépés „d”. A levezetés ezen elméletek legnagyobb túlfeszültség egybeesik: # 951; H2 = 1.7V. Az egyensúlyi érték (normál) hidrogén kapacitást kell tolni a negatív irányban (a katód folyamat) az értéke 1.7V (lásd. 6.1 táblázat). Kapunk alumínium. Tekintettel a reakció hidrogén túlfeszültség a katódon hasznosítás helyén van alumíniumból, egy teljesen más régió számú hangsúlyozza. Minden a fémek az alsó tartományban az alumínium, a lehetséges nagyobb, mint a hidrogén. Az ilyen fémek és csökkentette a katódon:

A hidrogén-ionok nagy koncentrációban van a savas közegben, egy semleges vagy lúgos közegben hidrogén-fejlődés kinyerjük vízmolekula:

Megmutatjuk, általános törvényei néhány példát.

Elektrolízis vetjük alá vizes réz-jodid CuI2. Inert anód (alapértelmezett).

Jód-ion lehet oxidált, és a rézion könnyen javítható, mivel # 949; Cu> # 949; körülbelül AI.

Elektromos áram áthalad K3 PO4 kálium-foszfát-oldat. A foszfát-ion nem oxidálódik, és kálium-kation nem áll helyre. Van egy víz elektrolízis. Víz önmagában gyakorlatilag nem elektromos áram halad, ezért annak érdekében, hogy elektrolízis adalékanyagok semleges a ezt az elektrolitikus folyamatot, amely önmagában nem vetjük alá elektrolízis:

Van brómhidrogénsav HBr:

Mi elektrolízist végezni nátrium-hidroxid-oldat:

Ehelyett használja oldott olvadt hidroxid. Az olvadék hőmérséklete 100 ° C felett, a víz eltávozik a sejt gőzként, a katód van kialakítva fémnátrium. Úgy állítjuk elő, és az összes aktív alkálifém, alkáliföldfém, alumínium:

Egy kvantitatív meghatározásához az elektrolízis termék használatával klasszikus törvénye Faraday. kiosztani az azonos mennyiségű villamos energia, hogy az elektródák az elektrolízis az ekvivalens tömege a különböző anyagok.

Egy Faraday villamosenergia kiosztja egy ekvivalens bármely anyag. 1F = 96500 Cl (A • c) • A = 26,8 órán át. Példák a meghatározására ekvivalens tömege az elemek az 5. fejezetben Erre cink (65/2) g / mol, alumínium (27/3) g / mol, stb Gázai általában úgy mérjük, mint egy térfogata helyett tömeg. A hidrogén egyenérték tömege 1 g / mol, amelyek normál körülmények között 11,2l foglal egy kötet. Az oxigén-8g / mol vagy 5,6l. Faraday-törvény felírható:

Ude I - aktuális, A; t - idő elektrolízis, C, H; F - Faraday-szám, m - termék tömege, g vagy V - annak L.

Oldal keletkezett: 0.009 mp.