Polarisation bezeichnet das Phänomen, bei dem Dinge unter bestimmten Bedingungen polarisiert werden, wodurch ihre Eigenschaften von ihrem ursprünglichen Zustand abweichen. Natürlich tritt Elektrodenpolarisation zwischen den beiden Elektroden (d. h. den positiven und negativen Elektroden oder der Anode und Kathode) der elektrolytischen Zelle oder Batterie auf. Lassen Sie die positive Ladung um eine Elektrode herum akkumulieren oder stellen Sie die Fähigkeit wieder her, kontinuierlich Elektronen zu verlieren; gleichzeitig die negative Ladung um die andere Elektrode akkumulieren oder die Fähigkeit wiederherstellen, weiterhin Elektronen aufzunehmen.
1. Das Konzept der Elektrodenpolarisation
Wenn ein Strom durch die Elektrode fließt, tritt unter irreversiblen Bedingungen eine irreversible Elektrodenreaktion auf. Zu diesem Zeitpunkt unterscheidet sich das Elektrodenpotential vom reversiblen Elektrodenpotential. Das Phänomen, dass das Elektrodenpotential und das reversible Elektrodenpotential abweichen, wenn die Elektrode einen Strom hat, wird Elektrodenpolarisation genannt. Die Eigenschaften der Elektrodenpolarisation sind: das Kathodenpotential ist negativer als das Gleichgewichtspotential (Kathodenpolarisation) und das Anodenpotential ist positiver als das Gleichgewichtspotential (Anodenpolarisation).
Bei einer reversiblen Batterie befindet sich die gesamte Batterie in einem elektrochemischen Gleichgewichtszustand und die beiden Elektroden befinden sich jeweils auch im Gleichgewicht. Das Elektrodenpotential wird durch die Nernst-Gleichung bestimmt, die das ausgeglichene Elektrodenpotential ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom durch die Elektrode null, d. h. die Elektrodenreaktionsrate ist null. Wenn ein Strom ungleich Null durch die Elektrode geleitet wird, muss das Elektrodenpotential vom Wert des Gleichgewichtselektrodenpotentials abweichen. Dieses Phänomen wird Elektrodenpolarisation genannt.
Elektrodenpolarisation (Elektrodenpolarisation) Wenn die elektronisch Wenn der Leiter mit der Lösung im umgebenden Gestein in Kontakt kommt, bildet sich eine galvanische Doppelschicht, die zu einem Potentialsprung führt. Dieser Potentialsprung wird Elektrodenpotential genannt, wenn der elektronische Leiter mit der Lösung in Kontakt steht. Wenn ein externes elektrisches Feld vorhanden ist, ändert sich der relativ ausgeglichene Elektrodenpotentialwert. Üblicherweise wird die Differenz zwischen dem Elektrodenpotential unter Einwirkung konstanter Stromdichte und dem relativ ausgeglichenen Elektrodenpotential als Elektrodenpolarisation bezeichnet. Übliche sind elektrochemische Polarisation, Konzentrationspolarisation und so weiter. Die elektromotorische Kraft, die durch die Elektrodenpolarisation verursacht wird, wird als Überspannung bezeichnet.
2. Gründe für die Elektrodenpolarisation
Der Grund für die Elektrodenpolarisation: Wenn ein externes elektrisches Feld vorhanden ist, ändert sich der relativ ausgeglichene Elektrodenpotentialwert, was zum Auftreten einer Elektrodenpolarisation führt.
1. Wenn ein externes elektrisches Feld vorhanden ist, ändert sich der relativ ausgeglichene Elektrodenpotentialwert. Im Allgemeinen wird die Abweichung des Elektrodenpotentials unter einer bestimmten Stromdichte vom relativ ausgeglichenen Elektrodenpotential als Elektrodenpolarisation bezeichnet. Übliche sind elektrochemische Polarisation (Aktivierungspolarisation), Konzentrationspolarisation und so weiter. Die elektromotorische Kraft, die durch die Elektrodenpolarisation verursacht wird, wird als Überpotential (Überspannung) bezeichnet.
2. Elektrodenpolarisation kann in Konzentrationspolarisation und chemische Polarisation unterteilt werden
Wenn der Strom durch die Batterie oder Elektrolysezelle fließt und der gesamte Elektrodenprozess durch die Diffusion und Konvektion des Elektrolyten gesteuert wird, unterscheidet sich die Elektrolytkonzentration in der Nähe der beiden Pole von der des Lösungskörpers, wodurch das Elektrodenpotential der Anode und Kathode, um vom Gleichgewichtselektrodenpotential abzuweichen. Dieses Phänomen wird als „Konzentrationspolarisation“ bezeichnet. Es kann durch kräftiges Rühren der Lösung entfernt werden. Die chemische Polarisation hängt mit der Aktivierungsenergie der Reaktion zusammen und kann nicht eliminiert werden.
3. Das Ergebnis der Elektrodenpolarisation
Eine Elektrode weist im Fall der Reversibilität einen bestimmten Grad der Elektrifizierung der Elektrode auf und stellt das entsprechende Elektrodenpotential jr her. Wenn ein Strom durch die Elektrode fließt und die Elektrodenreaktion an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Lösung nicht schnell genug abläuft, was zu einer Änderung des Ladungsgrads der Elektrode führt, kann das Elektrodenpotential auch von jr abweichen.
Nehmen Sie als Beispiel die Elektrode (Pt)H2(g)|H. Wenn der Reduktionseffekt der Kathode auftritt, können die Elektronen, die die Kathode erreichen, nicht rechtzeitig verbraucht werden, wenn der Strom fließt, da die Umwandlungsrate von H in H2 nicht schnell genug ist, wodurch die Elektrode reversibler wird. In diesem Fall liegt mehr negativer Strom vor, so dass das Elektrodenpotential kleiner als jr wird.
Dieses niedrigere Potenzial kann die Aktivierung des Reaktanten fördern, also die Umwandlung von H in H2 beschleunigen. Wenn (Pt)H2(g)|H als Anode zur Oxidation verwendet wird, ist der Mangel an Elektronen an der Elektrode aufgrund des durchfließenden Stroms schwerwiegender als bei der Oxidation, da die Geschwindigkeit der Umwandlung von H2 in H nicht schnell genug ist Reversible Situation, was zu einer positiveren Ladung der Elektrode führt, sodass das Elektrodenpotential höher als jr wird.
Dieses höhere Potenzial trägt dazu bei, die Aktivierung der Reaktanten zu fördern und die Umwandlung von H2 in H zu beschleunigen. Wenn man dies auf alle Elektroden ausdehnt, kann man eine Schlussfolgerung von universeller Bedeutung ziehen: Wenn aufgrund der Langsamkeit des Stroms ein Strom durchfließt Bei einer elektrochemischen Reaktion unterscheidet sich der Ladungsgrad der Elektrode von dem im reversiblen Zustand, was zu dem Phänomen führt, dass das Elektrodenpotential von jr abweicht, was als „Aktivierungspolarisation“ oder „elektrochemische Polarisation“ bezeichnet wird.
Wenn die Elektrode aktiviert und polarisiert ist, wie bei der Konzentrationspolarisation, wird das Kathodenpotential immer niedriger als jr und das Anodenpotential immer höher als jr. Der absolute Wert der durch die Aktivierungspolarisation verursachten Differenz zwischen dem Elektrodenpotential jI und jr wird als „Aktivierungsüberpotential“ bezeichnet. Die Größe des Aktivierungsüberpotentials ist ein Maß für die Aktivierungspolarisation der Elektrode.
