Электрохимические процессы

Электрохимические процессы.

  При соприкосновении металла с раствором собственной соли – электролитом, на поверхности металла адсорбируются компоненты раствора. Учитывая, что над поверхностью металла присутствует электронный газ, адсорбированные ионы становятся доступными для взаимодействия с электронным газом металла. Электроны могут принимать ионы самого металла, в результате чего протекают процессы образования и разряда ионов металла. Как правило, в высококонцентрированных растворах преобладает процесс выделения ионов металла из раствора на поверхность. При этом поверхность металла заряжается положительно, что препятствует дальнейшему выделению металла из раствора. В разбавленных растворах солей преобладает обратный процесс перехода металла из объема металла в раствор – поверхность металла заряжается отрицательно.

Все описанные процессы сопровождаются переносом электрона из одной фазы в другую и характеризуются  межфазным скачком потенциала.

Межфазный скачек потенциала – электрическая разность  потенциала на границе раздела фазы, определяется работой переноса единичного заряда.

Переход электрона из одной фазы в другую подразделяют на два этапа: 1) переход заряда из бесконечности в вакууме в точку А, находящуюся также в вакууме на расстоянии 10^-5-10^-7 м от поверхности фазы (a)  (работа перехода - внешний потенциал фазы y^a)  ;  2) перенос заряда из точки А в точку А^” внутри фазы (a) (работа переноса – поверхностный потенциал c^a).

j^b и j^a - внутренний потенциал фаз b и a;

c^a- поверхностный потенциал;

y^a- внешний потенциал фазы

Рекомендуемые материалы

Возникновение поверхностного потенциала c^a обусловлено причинами:

В случае переноса заряда из точки А^’ (10^-5-10^-7) в металл (фаза a) поверхностный потенциал возникает потому, что электронный газ  выходит за пределы кристаллической решетки металла и создает тем самым пространственное разделение заряда. На преодоление образовавшегося двойного электрического слоя и расходуется работа, равная по величине поверхностному потенциалу.

В случае переноса заряда из точки А^’ (10^-5-10^-7) в электролит, заряду приходится преодолевать ДЭС, образованный молекулами электролита. На межфазной границе все молекулы полярного растворителя находятся в ориентированном состоянии, т.к. на межфазной границе всегда существует  нескомпенсированность полярностей сред. Ориентация полярных молекул растворителя приводит к пространственному разделению зарядов (на расстояния, соизмеримые с размером самих молекул) и возникновению разности потенциалов.

Перенос заряда из точки А фазы a в точку В фазы b - вольта-потенциал; перенос заряда из точки А^* фазы a в точку В^* фазы b - гальвани-потенциал.

Состояние заряженной частицы в системе характеризуют термодинамическим параметром – электрохимическим потенциалом. Но, как и в случае с энтальпией, вместо электрохимических потенциалов обычно используют разность электрохимических потенциалов, которая определяется через химические потенциалы заряженной частицы i в фазах a и b:

m^*_i^b - m^*_i^a = (m_i^b - m_i^a)+z_iF(j^b-j^a)

В лекции "Функции управления и структура туристско-экскурсионной организации" также много полезной информации.

где    m_i^b и m_i^a - химические потенциалы частицы в фазах a и b,

                   z_i – зарядовое число этой частицы;

                   F – число Фарадея;

j^b и j^a - внутренний потенциал фаз b и a соответственно,        j^a = y^a+c^a;                 j^b = y^b+c^b;

По достижении состояния равновесия на поверхности металла образуется плоскопараллельный (в первом приближении) двойной электрический слой, состоящий из заряженной поверхности металла с одной стороны, и адсорбированных ионов металла – с другой. Однако образование ДЭС – результат наличия разности химических потенциалов иона металла внутри металла и раствора. Тогда общий потенциал системы будет являться суммой внутреннего потенциала металла j^a и потенциала двойного электрического слоя e. Можно подобрать раствор такой концентрации, что разность хим.потециалов будет равна нулю. Тогда общий потенциал системы будет определяться только величиной j^a.  Раствор такой концентрации – нулевой раствор, а получаемый в этом случае потенциал – потенциал нулевого заряда.

Измеряемая разность потенциалов между двумя различными металлами, помещенными в свои нулевые растворы (т.е. разность между потенциалами их нулевых зарядов) равна разности внутренних потенциалов фаз Dj_b^a. По-другому Dj_b^a называют контактным потенциалом e_к.