Electrochimia - chimie Secțiunea, proces care studiază apariția diferenței de potențial și conversia energiei chimice în energie electrică (celule electrochimice), precum și reacțiile chimice din cauza costului energiei electrice (electroliza). Aceste două procese au o origine comună sunt utilizate pe scară largă în tehnologia modernă.
Celulele electrochimice sunt utilizate ca stand-alone și putere de mici dimensiuni surse pentru vehicule, dispozitive fără fir și dispozitive de control. Cu electroliza primi diverse substanțe, tratate la suprafață, produs crea forma dorită.
procese electrochimice nu sunt întotdeauna în beneficiul omului, și, uneori, face mai mult rău prin provocarea crescută la coroziune și distrugerea structurilor metalice. Pentru a utiliza cu pricepere procese electrochimice și să se ocupe cu evenimente adverse, ei trebuie să învețe și să știe cum să se adapteze.
Cauza fenomenelor electrochimice este trecerea de electroni sau schimbarea oxidării implicate în procese electrochimice substanțe atomi, adică reacțiile de oxidoreducere în sisteme eterogene. In reacții redox, electronii sunt transferate direct de agentul reducător la agentul de oxidare. Dacă procesele de oxidare și de reducere a separat spațial și electronii transmise prin conductor metalic, un astfel de sistem ar constitui o celulă galvanică. Cauza și fluxul de curent în celula este o diferență de potențial.
Potențialul de electrod. Măsurarea potențialelor de electrod
Dacă luăm în considerare o placă sau metal și să-l reducă în apă, stratul de suprafață al ionilor sub acțiunea moleculelor de apă polare hidratat desprinse și trec în lichid. Ca urmare, o astfel de tranziție lichidul devine încărcat pozitiv, iar metalul este negativ, deoarece se pare la un exces de electroni. Acumularea ionilor metalici în lichidul începe să încetinească dizolvarea metalului. echilibru dinamic Stabilit
MN2 + Me 0 Me O = n + x m H2O + ne -
starea Equilibrium depinde de activitatea metalică sau a concentrației de ioni în soluție. În cazul metalelor active aflate în seria electrochimică a hidrogenului, reacția cu moleculele de apă polare din texturile separarea ionilor pozitivi si ioni metalici de tranziție în soluție gidratirovnnyh (Fig. B). Metalul este încărcat negativ. Procesul este de oxidare. Deoarece concentrația ionilor la suprafață devine proces invers probabil - restabilirea ionilor. Atracția electrostatică între cationi în soluție și excesul de electroni formează un strat dublu electric pe suprafata. Acest lucru duce la apariția la limita de contact metalică, între lichid și o anumită diferență de potențial, sau un potențial salt. Diferența de potențial care rezultă între metal și mediul apos înconjurător, numit potențialul de electrod. Când metalul este cufundat în sare metalică Deplasările soluție de echilibru. Creșterea concentrației ionilor metalici în soluție facilitează transferul ionilor din soluție în metal. Metale ale căror ioni au o capacitate semnificativă de a tranziției în soluția care urmează să fie încărcată pozitiv și într-o astfel de soluție, dar într-o măsură mai mică decât în apă pură.
concentrația de echilibru a ionilor metalici în soluție este foarte scăzută pentru metale inactive. Dacă un astfel de metal este cufundat în soluția de sare metalică, ionii încărcați pozitiv asupra metalului alocat la o rată mai mare decât ionii metalelor tranziționale în soluție. Suprafața metalică va primi o sarcină pozitivă și soluția negativă datorită anionilor în exces. În acest caz, la metal - soluție strat dublu electric, prin urmare, o anumită diferență de potențial (în Fig.). În cazul de mai sus, potențialul de electrod pozitiv.
Fig. Procesul de tranziție a ionului metalic în soluție:
și - echilibrul; b - dizolvarea; o - depunere
Potențialul fiecărui electrod depinde de natura metalului, concentrația sa de ioni în soluție și temperatura. În cazul în care metalul este imersat într-o soluție de sare care conține un mol de ion metalic per 1 dm 3 (a cărei activitate este egală cu 1), potențialul de electrod este constantă la 25 ° C și 1 atm. O astfel de capacitate se numește potențialul de electrod standard de (E o).
ioni metalici care au o sarcină pozitivă, care pătrunde în soluție și se deplasează în potențialul soluției de interfață de metal de energie consuma. Această energie este compensată de lucru expansiune izotermă de concentrația mare de ioni pe suprafață în soluția scăzută. Ionii pozitivi se acumulează în stratul de suprafață până la o concentrație de w. și apoi du-te în soluție, în care concentrația ionilor liberi. câmp electric Work ENF este expansiunea izoterma RTln (CO / s). Prin echivalarea opera două expresii pot obține magnitudinea potențialului
unde E - potențialul metalului B; R - universal de gaz constant J / mol K; T - temperatura, K; n - taxa de ioni; F - numărul lui Faraday; c - concentrația ionilor liberi;
w - ion concentrație în stratul de suprafață.
măsoară direct amploarea potențialului nu este posibilă, deoarece este imposibil să se determine experimental. determina Empiric amplitudinea potențialului relativ electrod la magnitudinea celălalt electrod, al cărui potențial este luat în mod convențional ca fiind zero. Astfel, electrodul de referință sau electrodul de referință este un electrod normal de hidrogen (n.v.e.). Electrod hidrogen Aparat prezentat. Se compune dintr-o placă de platină acoperită electrolitica asediat de platină. Electrodul este cufundat într-o soluție de acid sulfuric 1M (activitatea ionilor de hidrogen este de 1 mol / dm 3) și se spală cu un curent de hidrogen gazos la o presiune de 101 kPa și T = 298 K. La saturarea cu hidrogen la platină echilibru suprafață de metal este stabilit, procesul totală este exprimată prin ecuația
Dacă placa de metal este cufundat într-o soluție 1M de sare metalică, conectați conductorul exterior cu un electrod standard de hidrogen și cheie soluții electrolitice, obținem celulei electrochimice (fig. 32). forța electromotoare a celulei electrochimice va fi valoarea potențialului de electrod standard al metalului (E o).
Schema de măsurare a potențialului de electrod standard de
în raport cu electrodul de hidrogen
Luând ca un electrod de zinc, care este într-o soluție 1M de sulfat de zinc și conectarea acestuia la electrodul de hidrogen, se obține celulei electrochimice, care scrie circuitul urmează
Într-o schemă, bara desemnează interfața dintre electrod și soluția, două caracteristici - limita dintre soluțiile. Anodul este scris de la stânga la dreapta catod. Această reacție se realizează elementul de Zn + 2H + = Zn2 + + H 2. și un circuit extern electronii trec din zincul la electrodul de hidrogen. Potențialul standard de electrod al electrodului de zinc (-0.76 V).
Luând cupru ca o placă de electrod, în condițiile indicate în combinație cu un electrod standard de hidrogen, celula electrochimică obține
În acest caz, reacția are loc: Cu 2+ + H2 = de Cu aproximativ + 2H +. Electronii se deplasează printr-un circuit extern de la electrodul de hidrogen la electrodul de cupru. Potențialul standard de electrod al electrodului de cupru (0.34 V).