Поляризация на електроди
Химични източници намерени по-широко използване, ако те биха могли да се преодолее Основният недостатък - нестабилността на времевата стойност на електроди потенциали. условие за равновесие е възможно само, когато няма ток във веригата. В зависимост от големината на настоящите потенциала "изнесат" от първоначалните си равновесни стойности.
Офсетът потенциала на електрода от първоначалното равновесие или равновесно състояние стойност се нарича електрод поляризация. Промяната във времето на потенциала анод - анодна поляризация (# 916; # 949; а). В този случай потенциал анод е изместен в положителна посока от първоначалната стойност. катод потенциал се дължи на катодна поляризация (# 916; # 949; к) е изместен към отрицателната страна на първоначалната си стойност. Потенциалите на електродите изтеглят заедно стойностите на потенциалната разлика (електродвижеща сила) се намалява и накрая подходи нула:
В E = 0 е налице спиране на работа на клетката, тя е състояние на пълно поляризация.
Основни причини за нестабилност две потенциални стойности. Първият се отнася до потока от бавното дифузията на йони в разтвора на електролит - т.нар концентрация поляризация. Втората причина за химикала се забавя работа поради кинетични проблеми в повечето от реакцията на електрод на окисление или редукция. Това поляризация се нарича електрохимичен или пренапрежение (# 951).
Фигура 6.4 показва по-висока електрическа двоен слой на цинков електрод (анод). Ясно се вижда, че цинковите катиони са привлечени от отрицателно зареден повърхността на цинк и "висят" върху него, за предотвратяване следните катиони от метала в разтвора и дифундират през електролита. цинкови катиони върху повърхността на електрод се гаси си отрицателен заряд, и по този начин потенциалните отмествания на положителната страна. На катода, по друг начин. метални катиони от обема на разтвора трябва да дифундират към повърхността на катода и възстановяване на него. Това дифузия не може да се случи достатъчно бързо, мобилността на метални катиони (вж. Фигура 3.1) в разтвора е ограничен поради високата хидратация "обвивката", те не могат да се обърнат повърхността на катода в желаното количество, и потенциалните измества към отрицателната страна.
Нека сега да си представим обратния случай на система с два електрода в който под действието на електрическа енергия в електролитния разтвор или стопилка възникне редокс реакции - електролизни процеси. Ако използвате AC електрическата мрежа, електричество се превръща само в топлина. Електролиза изисква източник на постоянен ток. Освен това, е необходимо електролит баня, наречена електролизер и два електрода. Важното е материалът, от който е изработен анода. В анода (в електролизата на положително зареден електрод), процесът на окисляване. Повечето метални материали се окисляват под действието на електрически ток, материалът придобива особено значение и катод. На тази електрод има реакция на редукция и се нуждаят само способността си да провежда ток. Например да разгледаме процеса на електролиза разтвор на цинков сулфат. В анод използване на метален цинк и като катод на - медна плоча. определяне схема е показана на Фигура 8.1.
Fig.8.1 електролиза цинков сулфат разтвор
Под въздействието на електрически ток върху реакцията на цинков анод започва неговото окисление, анодната материал се разтваря. Тези аноди се наричат разтворими:
Цинкови катиони, присъстващи в разтвора при сулфат дисоциация дифузен към повърхността на отрицателно зареден катод и се намаляват тях:
На повърхността на меден слой е оформен от метален цинк. Методът се нарича поцинкована цинково покритие, така че може да се прилага към металния слой или слоеве на други метали за защита срещу корозия или за подобряване на външния вид на продукта. Процесът се използва също и в цветни предприятия металургия. В резултат, топене операции получени метална мед, никел, кобалт, замърсени с други метали, сяра. Окончателно почистване се извършва в електролиза растения. Продуктите се потапя в банята и действа като излъчващ анод, катод се отлага само желания чист метал. Електролитно почистване се получава катодна мед, никел, кобалт.
Както в клетката, електродите са поляризирани в електролизата. анодните потенциални увеличава с времето (както е положително заредени), на катодните потенциални намалява (отрицателно заредения електрод). Минималната разлика на потенциала на външен източник на енергия при който метод електролиза започва nazyvaetsyapotentsialom електролит разлагане. Процесът започва, но като резултат от разликата в поляризация напрежение става по-голяма. и процесът е спрян, е необходимо да се увеличи потенциалната разлика, но в крайна сметка ще спре отново. Резултати - превишаване на електроенергия. За намаляване на поляризацията на концентрация в електролит баня се загрява почти до точката на кипене (!). Тежки метали механично в големи количества в tankhouse атмосферата. Това е един от най-опасните индустрии.
Електролизата се провежда в електролита на стопилката, например при получаването на алуминий. В този случай, банята - висока температура пещ за получаване на стопилка. Да приемем, зареден в електролитната никелов хлорид стопилка, и се използва като анод графит, който е инертен по отношение на окисляване токов материал. Този процес се нарича електролиза с неразтворим (инертен) анод. На повърхността на графита се окислява хлор анион присъства в стопилката на сол по време на дисоциация. никел катион ще бъде намалено на катода:
NiCI2 ↔ Ni2 + + 2CI # 9472; ;
Дело разтвор електролиза трудно в сравнение със стопилката, защото електролиза може да бъде подложен на самата вода. Когато електрически ток се разлага на водород и кислород. Ще разгледаме всички възможни конкурентни процеси по време на електролиза на разтвори на електролити.
1. анод процеси.
1.1 разтворим анод. Анода материал М = Mg, AI, Zn, Fe, Mn, Cr, Sn и др.:
1.2 инертен анод (графит, Pt, Ti, Nb).
Възможни опции. Всички аниони могат да бъдат разделени в две групи. Първо са аниони beskislorodsoderzhaschih киселини, такива като CI # 9472;. Br # 9472;. аз # 9472;. S 2 # 9472. Тези аниони са окислени лесно:
Втората група включва сложни аниони с сулфат тип кислород 2 SO4 # 9472. карбонат CO3 2 # 9472. Фосфат PO4 3 # 9472. нитрат NO3 # 9472; и други. Тези аниони високо окисляване потенциални по-голяма от тази на водата, така че водните молекули се появява окислителен процес. В алкална среда с висока концентрация на хидроксидни аниони, които са също така лесно окислени. В зависимост от рН:
2. Катодна процеси.
В този електрод се конкурират двама възстановяване:
По-големият потенциал електрод, толкова по-лесно възстановяване на катода. Оказва се, че електролиза на метали могат да бъдат получени само с положителни стойности на стандартни електродни потенциали, тъй водород # 949; Н2 0 (вж. Таблица 6.1). действително възстановен катиони олово, калай, никел, желязо, цинк, и само в случай на много активни метали в катод водородът се освобождава. Нека разгледаме механизма на реакцията на редукция водород на катода:
2Н + + 2е ↔ Н2 ↑
Този на пръв поглед прост реакция не е лесно, я от пет стъпки механизъм:
а) хидратирани дифузия на водородни йони към повърхността на електрода от обема на електролит;
б) етап на дехидратация H3 О + Н + → + Н2 О;
в) етап на освобождаване Н + + д → Н;
г) етап рекомбинация (образуване на молекули) H + Н → Н2;
г) етап на образуване на водород газови мехурчета, оставяйки повърхността - Н2 ↑. Само сега може да се разглежда като цялостен процес.
В резултат на този сложен механизъм е инхибиране на процеса като цяло, това не може да се осъществи бързо и гладко, без никакви пречки, с други думи това е катодна електрохимична поляризация. В електрохимията създадени две основни теория на водород пренапрежение. На теория, бавно изхвърлянето се приема, че етапът на ограничаващ скоростта в процеса е стъпка "а", и по-бавно теория рекомбинация - "г" стъпка. Произхода на тези теории най-голямата вълна съвпада: # 951 Н2 = 1.7V. От равновесие стойност (стандарт) водород капацитет трябва да се измества в отрицателна посока (процес катод) на 1.7V стойност (вж. Таблица 6.1). Качваме се на алуминий. С оглед на реакцията на водород пренапрежение за възстановяване на катода е на мястото на алуминий, напълно различен брой област подчертава. Всички метали в по-ниския диапазон на алуминия, потенциалът е по-голям от този на водород. Такива метали и намаляване на катода:
йони водородни във високи концентрации е в киселинната среда в неутрална или алкална среда с отделянето на водород възстановяване молекула вода:
Ние показваме общите закони на някои примери.
Електролиза подлага воден меден йодид CuI2. Инертен анод (по подразбиране).
Йод йон може да бъде окислен, и медни йони лесно се поправи, като # 949; на Cu> # 949; за AI.
Електрическият ток преминава през K3 РО4 калиев фосфат разтвор. йон фосфат не се окислява, и калиев катион не се възстановява. Има вода електролиза. Самата вода на практика няма електрически ток минава, така че да го правят електролиза добавки неутрални по отношение на този електролитен процес, което само по себе не е подложена на електролиза:
Имаме НВг бромоводородна киселина:
Ние провежда електролиза на разтвор на натриев хидроксид:
Вместо това се използва разтвор на стопен хидроксид. Температурата на топене над 100 ° С, водата се отклонява от клетката като пара, катодът се формира метален натрий. Тя се приготвя и всички активни алкални, алкалоземни метали и алуминий:
За количествена изчисление на продуктите на електролиза с помощта на класическата закона на Фарадей. разпределя същото количество електроенергия към електродите в електролизата на еквивалентни тегла на различните вещества.
Един Фарадей електричество разпределя един еквивалент на всяко вещество. 1F = 96500 CI (А • в) • А = 26.8 часа. Примери за определяне на еквивалентното тегло на елементите са дадени в глава 5. За тази цинк (65/2) г / мол, алуминий (27/3) г / мол, и т.н. Ивицата обикновено се измерва като обем, отколкото тегло. За водород еквивалентно тегло от 1 g / мол, който при нормални условия 11,2l заема обем. За кислород 8 грама / мол или 5,6l. закон на Фарадей може да се запише като:
Уде I - ток, А; т - време на електролизата, С, Н; брой на Фарадей, т - - F маса на продукта, г или V - му л.
Page генерирана за: 0.009 сек.