استقطاب القطب

يشير الاستقطاب إلى الظاهرة التي تكون فيها الأشياء مستقطبة في ظل ظروف معينة ، مما يتسبب في انحراف خصائصها عن حالتها الأصلية. بالطبع ، يحدث استقطاب القطب بين قطبين (أي ، القطب الموجب والسالب ، أو القطب الموجب والكاثود) لخلية أو بطارية التحليل الكهربائي. دع الشحنة الموجبة تتراكم حول قطب كهربائي واحد أو تستعيد القدرة على فقدان الإلكترونات باستمرار ؛ في نفس الوقت ، دع الشحنة السالبة تتراكم حول القطب الآخر أو تستعيد القدرة على الاستمرار في قبول الإلكترونات.

في ظل ظروف لا رجوع فيها ، عندما يتدفق التيار عبر القطب الكهربي ، يحدث تفاعل قطب لا رجوع فيه. في هذا الوقت ، يختلف جهد القطب الكهربائي عن جهد القطب القابل للانعكاس. تسمى ظاهرة انحراف جهد القطب وإمكانات القطب القابل للانعكاس عندما يكون للقطب الكهربائي تيار استقطاب القطب. خصائص استقطاب القطب هي: جهد الكاثود أكثر سلبية من احتمالية التوازن (استقطاب الكاثود) ، وإمكانات الأنود أكثر إيجابية من جهد التوازن (استقطاب الأنود).

في حالة البطارية القابلة للانعكاس ، تكون البطارية بأكملها في حالة توازن كهروكيميائي ، ويكون القطبان أيضًا في حالة توازن على التوالي. يتم تحديد جهد القطب بواسطة معادلة نرنست ، وهي جهد القطب المتوازن. في هذا الوقت ، يكون التيار عبر القطب صفرًا ، أي أن معدل تفاعل القطب هو صفر. إذا تم تمرير تيار غير صفري عبر القطب ، فيجب أن تنحرف إمكانات القطب عن قيمة جهد قطب التوازن. هذه الظاهرة تسمى استقطاب القطب.

استقطاب القطب (قطب كهربائي) عندما يكون إلكتروني الموصل على اتصال مع المحلول الموجود في الصخور المحيطة ، وسوف يشكل طبقة مزدوجة كلفانية ، مما يؤدي إلى حدوث قفزة محتملة. تسمى هذه القفزة المحتملة بإمكانية القطب عندما يكون الموصل الإلكتروني على اتصال بالمحلول. عندما يكون هناك مجال كهربائي خارجي ، ستتغير قيمة جهد القطب المتوازن نسبيًا. عادة ما يسمى الفرق بين جهد القطب تحت تأثير كثافة التيار الثابت وإمكانات القطب المتوازن نسبيًا استقطاب القطب. من العناصر الشائعة الاستقطاب الكهروكيميائي ، استقطاب التركيز وما إلى ذلك. تسمى القوة الدافعة الكهربائية الناتجة عن استقطاب القطب الكهربائي الزائد.

2. أسباب استقطاب القطب

سبب استقطاب القطب الكهربائي: عندما يكون هناك مجال كهربائي خارجي ، ستتغير قيمة جهد القطب المتوازن نسبيًا ، مما يؤدي إلى ظهور استقطاب القطب.

1. عندما يكون هناك مجال كهربائي خارجي ، ستتغير قيمة جهد القطب المتوازن نسبيًا. بشكل عام ، يسمى انحراف جهد القطب تحت كثافة تيار معينة من جهد القطب المتوازن نسبيًا استقطاب القطب. من العناصر الشائعة الاستقطاب الكهروكيميائي (استقطاب التنشيط) واستقطاب التركيز وما إلى ذلك. تسمى القوة الدافعة الكهربائية الناتجة عن استقطاب القطب الكهربائي الزائد (الجهد الزائد).

2. يمكن تقسيم استقطاب القطب إلى استقطاب تركيز واستقطاب كيميائي
عندما يمر التيار عبر البطارية أو الخلية الإلكتروليتية ، إذا كان يتم التحكم في عملية القطب بالكامل عن طريق الانتشار والحمل الحراري للإلكتروليت ، يختلف تركيز الإلكتروليت بالقرب من القطبين عن جسم المحلول ، مما يتسبب في جهد القطب الموجب للقطب الموجب. والكاثود للانحراف عن جهد التوازن الكهربائي. هذه الظاهرة تسمى "تركيز الاستقطاب". يمكن القضاء عليه عن طريق تحريك المحلول بقوة. يرتبط الاستقطاب الكيميائي بطاقة تنشيط التفاعل ولا يمكن القضاء عليه.

3. نتيجة استقطاب القطب

القطب الكهربائي، في حالة القابلية للانعكاس، لديه درجة معينة من كهربة القطب، ويحدد جهد القطب المقابل. عندما يتدفق تيار عبر القطب، إذا لم يستمر تفاعل القطب في واجهة محلول القطب بالسرعة الكافية، مما يؤدي إلى تغيير في درجة شحن القطب، يمكن أن ينحرف جهد القطب أيضًا عن jr.

خذ القطب الكهربائي (Pt)H2(g)|H كمثال. عندما يحدث تأثير الاختزال للكاثود، نظرًا لأن معدل تغير H إلى H2 ليس بالسرعة الكافية، لا يمكن استهلاك الإلكترونات التي تصل إلى الكاثود في الوقت المناسب عندما يمر التيار، مما يجعل القطب أكثر قابلية للعكس. في هذه الحالة، يكون هناك المزيد من الكهرباء السلبية، بحيث يصبح جهد القطب أقل من الابن.

يمكن أن يؤدي هذا الإمكانات المنخفضة إلى تعزيز تنشيط المادة المتفاعلة، أي تسريع تحويل H إلى H2. عندما يتم استخدام (Pt)H2(g)|H كأنود للأكسدة، نظرًا لأن معدل تغير H2 إلى H ليس بالسرعة الكافية، فإن نقص الإلكترونات على القطب بسبب مرور التيار يكون أكثر خطورة منه في حالة عكسية، مما يؤدي إلى أن يكون القطب بشحنة أكثر إيجابية، وبالتالي تصبح إمكانات القطب أعلى من الابن.

تساعد هذه الإمكانية العالية على تعزيز تنشيط المواد المتفاعلة وتسريع تحويل H2 إلى H. وبتوسيع هذا إلى جميع الأقطاب الكهربائية، يمكن الحصول على نتيجة ذات أهمية عالمية: عندما يكون هناك تيار يمر، بسبب بطء التيار الكهربائي. التفاعل الكهروكيميائي، تختلف درجة شحن القطب عن تلك الموجودة في الحالة العكسية، مما يؤدي إلى ظاهرة انحراف جهد القطب عن jr، وهو ما يسمى “استقطاب التنشيط” أو “الاستقطاب الكهروكيميائي”.

عندما يتم تنشيط القطب واستقطابه، كما هو الحال في استقطاب التركيز، يصبح جهد الكاثود دائمًا أقل من jr، ويصبح جهد الأنود دائمًا أعلى من jr. القيمة المطلقة للفرق بين جهد القطب jI وjr الناتج عن استقطاب التنشيط تسمى "جهد التنشيط الزائد". حجم التنشيط الزائد هو مقياس لاستقطاب التنشيط للقطب.