8. Кинетика на електродните потенциали. Електролиза

При пропускането на електричен ток през разтвор или стопилка на електролити, върху повърхността на електродите се извършват химични реакции, които консумират внесена електрична форма на енергията. Електродните процеси, в които участват наличните в електролита катиони и аниони, се делят на две групи: катодни, при които положително натоварените йони приемат електрони от катода, т.е. протича редукционен процес, и анодни, свързани с отдаването на електрони от отрицателно натоварените йони на анода, т.е. извършва се окислителен процес. Съгласно закона на Фарадей, количеството m прореагирало в резултат на катодната и анодната реакции вещество, е пропорционално на протеклото през системата количество електричество Q: m=k_e Q = k_e I r , където I е големината на тока, r времето на електролиза, k_e електрохимичният еквивалент. Скоростта на електрохимичната реакция е: V_R=(m)/(r)= k_eI

I(+) = I(-) = Io т.е. обменният ток на всяка електродна система е една характеристична константа, чиято стойност зависи от природата на метала, от състава и концентрацията на разтвора и от температурата.

При условията на термодинамично равновесие:

• в системата не настъпват качествени и количествени изменения

• установяващият се равновесен електроден потенциал Е_r остава постоянен с течение на времето.

Ако се включат два металойонни електроди с Е_Мн+/М > Е_H-/H2 към външен източник на напрежение, на границата електрод-електролит започва насочен преход на електрони, който обуславя изменение на електродния потенциал от неговата равновесна стойност.

С изместване на катодния потенциал под ток Е_К към по-отрицателни стойности () непрекъснато намалява стойността на I(+), респ. нараства I(-), като накрая I(-) съвпада с резултантния катоден ток I_К. При Е_К = - , то I(+)=0, а I(-)= + .

От външния източник на ток се придвижват електрони към отрицателния електрод (катода) и неговият потенциал се измества в отрицателна посока с Е_К [(I-)>(I+)]

Положително заредените метални йони в електролита приемат от катода електрони и минават в електронеутрално състояние. На електрода протича преимуществено катоден процес. Потенциалът на катода под ток Е_К не е равен на равновесния електроден потенциал Е_r. Неговата стойност зависи от тока и от времето. Когато се достигне до стационарно състояние на системата, се установява стационарен потенциал, който зависи, не от времето, а само от тока.

В резултат на разряда на металните йони, на катода концентрацията на електроните намалява и към него започват да се придвижват нови електрони от външния източник на напрежение, а в електролита, под действие на градиента на електричното поле и по др. причини метални катиони.

От положителният електрод (анода) електроните се придвижват по външната верига към източника на напрежение. Пропусканият електричен ток през разтвор на електролит извежда електродите от тяхното равновесно състояние. Установяващият се катоден потенциал има по-отрицателни стойности спрямо равновесния, докато анодния потенциал по-положителни.

Електролиза на воден разтвор на меден хлорид с медни електроди.

CuCl₂ Cu²⁺ + 2Cl^-

H₂O H⁺ + OH^-

В разтвора са налице 2 вида катиони и 2 вода аниони.