Уравнение для процесса катодного перенапряжения

Формула Тафеля

Разряд ионов гидроксония, приводящий к выделению молекул Н₂, является одним из важнейших электрохимических процессов, который во-первых, сопровождает многие электрохимические реакции, во-вторых, является источником получения молекул Н₂ и, в-третьих, этот процесс наиболее простой и наиболее изученный.

Выделение молекул Н₂ на катоде сопровождается некоторым перенапряжением. Водородное перенапряжение представляет собой тот избыток напряжения, который необходимо приложить к элементу сверх его э.д.с., чтобы начался процесс выделения Н₂.

Водородное перенапряжение замедляет процесс выделения Н₂ и приводит к непродуктивному расходованию электрического тока.

Поэтому водородное перенапряжение стремятся устранить или хотя бы уменьшить.

Причиной водородного перенапряжения является замедленность одной из стадий сложного электрохимического процесса восстановления ионов Н₃О⁺ до молекулы Н₂

Известно, что сам процесс состоит из следующих стадий:

(-) Pt | HCl, aq | Pt (+)

суммарный процесс

Стадии процесса разряда ионов Н₃О⁺ до Н₂:

1) Диффузионная стадия – представляет собой быструю доставку Н₃О⁺ к поверхности электрода за счет диффузии

2) Стадия дегидратации – в ионе Н₃О⁺ протон связан с молекулой Н₂О и разряд иона Н₃О⁺ невозможен без предварительной дегидратации.

3) Стадия разряда и адсорбции протона Н – представляет собой собственно электрохимическую реакцию. Образовавшиеся атомы Н одновременно адсорбируются металлом электрода.

Иногда стадия 2 и 3 совмещаются в одном акте – разрядка ионов Н₃О⁺.

4) Стадия ионизации или рекомбинации – после насыщения поверхности электрода Н _адс. ионизуется и переходит в раствор.

5) Стадия выделения газа: образовавшиеся молекулы Н₂ перемещают раствор и выделяется в виде пузырьков газа.

Замедление любой из вышеперечисленных стадий приводит к появлению перенапряжения. Величина перенапряжения направлена на ускорение самой медленной стадии электрохимического процесса.

Было выдвинуто много теорий относительно того как происходит процесс восстановления Н₂ и какая из стадий является самой медленной и определяет скорость процесса в целом. Справедливость той или ионной теории ВП определяется возможностью с помощью данной теории объяснить и как можно точнее вывести формулу Тафеля.

Наиболее известны и признаны следующие две теории.

Рекомбинационная теория (Тафель)	Теория медленного разряда иона (Смитс)
1. Какова лимитирующая стадия?
стадия рекомбинации	стадия разряда иона
2. Какой вид имеет формула Тафеля выведенная с помощью теории?
(величина , а не 0,016, т.е. в 4 раза меньше. Тафель не учел неоднородность поверхности Ме и наличия сил отталкивания между адсорбированными атомами. Т. е. основной недостаток малое значение b.	если , то Величина b правильная, что является основным достоинством данной теории.
3. Для каких электродов применима данная теория?
Металлы с малым перенапряжением – Pt, Ni	Металлы с большим перенапряжением – Hg, Pb

Дата добавления: 2014-01-07