Общая характеристика электрохимии и коррозии металлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ

В шестой главе рассмотрены окислительно-восстановительные процессы (ОВР), широко распространенные в природе и находящие значительное применение в деятельности человека. ОВР могут протекать как самопроизвольно, так и под воздействием внешних факторов. Одним из таких факторов является электрический ток — направленное движение электрических зарядов. Электрический ток может возникать в результате реализации химических реакций. Эти явления Изучает электрохимия — раздел химии, исследующий химические процессы, протекающие под воздействием электрического тока, а также особенности электрических процессов, сопровождающих химические реакции.

Важнейшей проблемой электрохимии является учение об электродных потенциалах, электрохимических процессах в гальванических элементах, электролизерах, топливных элементах и коррозии металлов.

Базисным понятием электрохимии являются термины «электродный потенциал», «стандартный электродный потенциал», «электрохимический ряд напряжений».

Для понимания сущности понятия «электродный потенциал» рассмотрим особенности явлений, протекающих на границе раздела в системе «металл—раствор».

Если поместить металлическую пластинку в воду, то диполи (полярные молекулы) воды, ориентируясь своими отрицательно заряженными полюсами вокруг катионов металла, содержащихся в узлах металлической кристаллической решетки и притягивая их к себе, вызовут переход гидратированных катионов в раствор. Это приведет к тому, что поверхность металла зарядится отрицательно, а раствор — положительно. Катионы металла за счет электростатического притяжения будут располагаться около отрицательно заряженной поверхности металла, т. е. возникает двойной электрический слой. Следовательно, на границе раздела «металл—раствор» возникает разность потенциалов, которую назвали электродным потенциалом.

Потенциал — работа, совершаемая электростатическими силами по перемещению единичного положительного заряда из данной точки поля в бесконечность.

Схема, иллюстрирующая влияние природы металла и концентрации ионов данного металла на электродный потенциал, возникающий на металлической поверхности в воде

Рис. 8.1. Схема, иллюстрирующая влияние природы металла и концентрации ионов данного металла на электродный потенциал, возникающий на металлической поверхности в воде (а) и (б) или в водных растворах солей данного металла (в) и (г)

Процесс перехода катионов металла в раствор на границе раздела «металл—раствор» обратим и осуществляется по схеме:

Было установлено, что электродный потенциал равен разности потенциалов на поверхности металла и потенциала в растворе и является строго характерным для каждого металла, зависящим от концентрации катионов в растворе, от температуры и природы металла, растворителя и т. д.

Влияние природы металлов и концентрации их ионов в растворе проиллюстрировано схемой на рис. 8.1.

Из рис. 8.1 видно, что поверхность железа характеризуется большим отрицательным зарядом, чем поверхность меди, возникшем при их опускании в воду (известно, что железо как восстановитель активнее меди). Если эти металлы поместить в водные растворы солей этих металлов (в данном случае это сульфаты одинаковой молярной концентрации), то на поверхности железа отрицательный заряд уменьшится, а на поверхности меди даже возникнет положительный заряд из-за адсорбции ионов Си2+ из раствора.

Зависимость электродного потенциала, возникающего на поверхности металла, находящегося в растворе собственной соли, от температуры, концентрации ионов металла и его природы выражается уравнением Нерпе та:

где Е0 стандартный электродный потенциал; Я — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура, К; п — заряд иона металла; F — число Фарадея (96 500 Кл); lg я(Ме"+) — десятичный логарифм активной концентрации ионов металла в растворе. Природа металла проявляется в величине стандартного электродного потенциала.

  • ? Задания для самостоятельной работы
  • 1. Назовите направления, которые составляют основу электрохимии.
  • 2. Назовите тип реакций, составляющих основу электрохимических процессов; приведите пример таких реакций.
  • 3. Поясните, почему возникает электродный потенциал на границе раздела «металл—раствор».
  • 4. Назовите факторы, которые влияют на электродный потенциал, возникающий на поверхности металла, находящегося в водном растворе своей соли.
  • 5. Поясните, можно или нет экспериментально определить электродный потенциал, возникший на границе раздела «металл—раствор»; ответ обоснуйте.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >