ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные понятия электрохимии из "Теоретические основы электрохимии 1972" Чтобы создавать новые рациональные технологические схемы и сознательно совершенствовать технологию электрохимических производств, необходимо глубоко разбираться в существе и механизме наблюдаемых при электролизе процессов, знать законы и особенности, сопровождающие превращение электрической энергии в химическую и обратно. Этой цели служат электрохимическая термодинамика и кинетика электродных реакций. [c.15] Элекрохимическат термодинамика, изучающая превращение одних форм энергии в другие, раскрывает одну из важных сторон электрохимического взаимодействия, она указывает на вероятность перехода исследуемой системы, характеризуемой данной исходной концентрацией реагирующих частиц,температурой и давлением, в другую конечную систему, характеризующуюся подобными же параметрами С, р, и и Г), но с другими их абсолютными значениями. [c.15] Степень обратимости (или необратимости) электродных реакций зависит от соотношения скоростей двух процессов подачи вещества к электроду и скорости собственно электрохимической реакции. [c.15] Следует различать понятия — электродный процесс и электрохимическая реакция. Под электродным процессом подразумевается вся совокупность явлений — электрохимических, химических, адсорбционных и диффузионных, которые происходят при пропускании электрического тока через раствор (расплав) и через границу фаз электрод — электролит. [c.15] Понятие же электрохимическая реакция определяет собой собственно взаимодействие между частицами реагирующего вещества (ионами, атомами и молекулами) и электронами. [c.15] При рассмотрении механизма электродных процессов различают реакции, протекающие в одной среде (гомогенные реакции) и реакции, которые протекают на поверхности раздела фаз (гетерогенные реакции). Для электрохимии характерно, что в сферу ее изучения входят преимущественно гетерогенные системы, состоящие из двух или более различных гомогенных областей. Известно, что в гетерогенных реакциях важную роль играет скорость диффузии, миграции, конвекции исходных реагентов и конечных продуктов реакции в направлении к поверхности раздела фаз либо в обратном направлении от этой поверхности. Нона кинетику электродных процессов, помимо диффузионных ограничений (концентрационная поляризация), могут заметно влиять химические реакции, протекающие у электродной поверхности, и особенно электрохимический акт взаимодействия между частицами реагирующего вещества и электронами (замедленный разряд, ионизация). Помимо этого, ряд специфических затруднений может внести явление адсорбции на электроде частиц вещества, участвующих в реакции. [c.16] Все это существенно отличает электрохимию от многих других разделов химической науки и технологии. В противоположность химическим реакциям, идущим в объеме раствора, электрохимические реакции протекают в тончайшем поверхностном (двойном электрическом) слое. Эти реакции также происходят в слое адсорбированных на поверхности электрода частиц. Процессы в адсорбционном слое также являются гетерогенными, здесь материал электрода, отличающийся некоторыми специфическими физико-химическими характеристиками, выполг няет роль катализатора. [c.16] Само собой разумеется, что энергия активации, необходимая для протекания электрохимической реакции, существенно отличается от энергии активации обычного химического процесса. [c.17] По сравнению с электродными электрохимическими реакциями, процессы, протекающие в электролите, характеризуются более простой кинетикой, хотя при пропускании тока вполне допустимо, что их действительные механизмы имеют более сложный характер из-за возможного участия в химических реакциях, наблюдаемых в электролите, молекул воды или органического растворителя, солевых компонентов, расплава, коллоидновзвешенных частиц, мельчайших капелек металлического тумана и т. п. [c.17] В противоположность термохимическим реакциям, где основным условием является наиболее тесное соприкосновение реагирующих веществ в одной фазе (в растворе, в расплаве), при организации электрохимического процесса необходимо, следовательно, разделение реагентов и образование гетерогенной системы, в которой электроны переходили бы от одной группы атомов к другой через особые каналы — электроды, соединенные между собой металлическим проводником. При осуществлении такого процесса понятие электрохимической системы включает не одну, а, по крайней мере, две или несколько соприкасающихся одна с другой фаз, которые разделены четкими границами (поверхности электродов). При этом свойства реагирующего компонента меняются под влиянием тока (например, при электроосаждепии, ионизации металлов или при выделении газообразных продуктов на металлических электродах). [c.18] На рис. 1 приведена 2 схема типичной ячейки, распространенной в электрохимии. Как видно, при этом вовнещней цепи всегда находится либо источник электрического постоянного, тока, либо какой-то потребитель электрической энергии. [c.19] Возможность осуществления практически неограниченного числа электродных реакций с участием электронов и материальных частиц, чрезвычайно расширила область электрохимии. [c.19] В том случае, если химическая реакция в ячейке будет протекать с выделением электрической энергии во внешнюю цепь, ячейка называется химическим источником электрической энергии или гальваническим элементом, если же химический процесс сопровождается поглощением электрической энергии от внешнего источника тока, — ячейку называют электролитической ванной, или электролизером. [c.19] Поток электронов во внешней цепи может быть использован для работы. [c.20] Таким образом, на отрицательном полюсе химического источника электрической энергии во всех случаях происходит реакция окисления, а на положительном полюсе—всегда только реакция восстановления. [c.20] Здесь следует заметить, что хотя поток электронов при химической реакции в источниках электрической энергии направлен от отрицательного полюса к положительному, в электротехнике условно принято считать направление электрического тока обратным направлению движения электронов во внешней цепи. [c.20] Помимо приведенного примера ионизации серебра, к этой группе анодов относят медные, цинковые, кадмиевые, никелевые и другие металлические растворимые аноды. [c.22] Вторая группа анодов — нерастворимых, характеризуется тем, что при протекании тока они не посылают своих ионов в раствор электролита. К таким анодам относятся угольные, графитовые, свинцовые (покрытые двуокисью свинца), платиновые и другие инертные электроды. [c.22] При этом анионы бескислородных кислот (8 , 1 , Вг , С1 , Р ) окисляются достаточно легко. Если же раствор содержит анионы кислородных кислот (80 -, N0 РО -, СО -), то процесс их разряда обычно затруднен наиболее часто в этом случае на аноде разряжаются либо молекулы растворителя (например, воды), либо гидроксильные ионы. [c.22] Вернуться к основной статье