Явления поляризации

Реальные электрохимические процессы.

Реальные электрохимические процессы, как в гальванических элементах, так и при электролизе существенно отличаются от равновесных, так как проходящий при этом ток вызывает изменения в рассматриваемых системах.

В связи с этим при электролизе какого-либо соединения ЭДС будет равно:

∆ε = ∆ε разл + IR + ∆ε поляриз + ∑ε конт.

∆ε - ЭДС гальванического элемента;

∆ε разл – потенциал разложения;

I – сила тока гальванического элемента или сила тока при электролизе;

R – сопротивление системы;

∆ε поляриз – разность потенциалов поляризации;

∑ε конт – сумма контактных потенциалов.

Разность между потенциалом электрода и его равновесным потенциалом называется электродной поляризацией. Значит работающий гальванический элемент дает разность потенциалов меньше, чем ЭДС. Это уменьшение зависит от величины разрядного тока. Чем больше сила тока гальванического элемента, тем меньше реальная разность потенциалов и тем ниже КПД элемента. Чем больше сила тока проходящая через электролизёр, тем выше реальная разность потенциалов необходимая для проведения электролиза. Процессы поляризации представляют собой результат изменения электродного потенциала катода и анода под действием проходящего тока. На процессы поляризации электродов влияет не только величина тока, но и поверхность электрода, то есть плотность тока, которая выражается как

i =

где I – величина тока, S – площадь поверхности электрода.

Поляризационные процессы можно разделить на несколько типов:

1. Концентрационная поляризация возникает за счет изменения концентрации ионов на приповерхностном слое электрода, а это влияет на величину потенциала электрода согласно уравнению Нернста:

Е = Е⁰ + lg С_меⁿ⁺

На поверхности анода концентрация ионов растет за счет растворения анода, а на катоде приповерхностный слой обедняется ионами и потенциал его падает.

2. Газовая поляризация возникает главным образом на катоде электролизера за счет разрядки ионов водорода.

Н⁺ + е → Н⁰

2Н → Н₂

2Н₂О + 2е → Н₂ + 2ОН^-

При большой плотности тока количество выделяющегося водорода может быть настолько большим, что процесс может прекратиться. Газовая поляризация может быть уменьшена введением деполяризаторов – веществ реагирующих с атомарными газами и переводящих их в молекулы. В качестве деполяризаторов используются сильные окислители на катоде, такие как K₂Cr₂O₇, KMnO₄, MnO₂, и сильные восстановители на аноде Na₂SO₃, Na₃PO₄.

3. Химическая поляризация изменяет поверхность электрода за счет протекающих реакций со средой или электролитом при прохождении электрического тока. Поляризация электродов влияет на потенциалы выделения на них ионов. Превышение потенциала разрядки ионов η₀ над нормальным потенциалом в равновесных условиях. Особенно сильно это влияние проявляется при выделении водорода из водных растворов.

Эти процессы находят широкое практическое применение в современной технике, технологии машино и приборостроения. Эти процессы используются в источниках тока и при электролизе, который применяется для высокой очистки веществ. Процессы электролиза находят применение при обработке поверхностей, очитке от жировых пятен, снятия оксидных слоев.

Дата добавления: 2014-01-11