โพลาไรซ์อิเล็กโทรด

โพลาไรซ์หมายถึงปรากฏการณ์ที่สิ่งต่าง ๆ ถูกโพลาไรซ์ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ทำให้คุณสมบัติของพวกมันเบี่ยงเบนไปจากสถานะเดิม แน่นอน โพลาไรซ์ของอิเล็กโทรดเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรดสองอิเล็กโทรด (นั่นคือ อิเล็กโทรดบวกและลบ หรือแอโนดและแคโทด) ของเซลล์อิเล็กโทรไลต์หรือแบตเตอรี่ ปล่อยให้ประจุบวกสะสมรอบอิเล็กโทรดหนึ่งขั้วหรือคืนความสามารถในการสูญเสียอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่อง ในเวลาเดียวกันปล่อยให้ประจุลบสะสมรอบอิเล็กโทรดอื่นหรือคืนความสามารถในการรับอิเล็กตรอนต่อไป

ภายใต้สภาวะที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ เมื่อกระแสไหลผ่านอิเล็กโทรด จะเกิดปฏิกิริยาอิเล็กโทรดแบบย้อนกลับไม่ได้ ในขณะนี้ ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจะแตกต่างจากศักย์ไฟฟ้าแบบผันกลับได้ ปรากฏการณ์ที่ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดและศักย์ไฟฟ้าแบบผันกลับได้เบี่ยงเบนไปเมื่ออิเล็กโทรดมีกระแสเรียกว่าโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรด ลักษณะของโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรดคือ: ศักย์แคโทดมีค่าลบมากกว่าศักย์สมดุล (โพลาไรซ์แคโทด) และศักย์แอโนดเป็นบวกมากกว่าศักย์สมดุล (โพลาไรซ์แอโนด)

ในกรณีของแบตเตอรี่แบบเปลี่ยนกลับได้ แบตเตอรี่ทั้งหมดอยู่ในสถานะสมดุลทางไฟฟ้าเคมี และอิเล็กโทรดทั้งสองจะอยู่ในสภาวะสมดุลตามลำดับ ศักย์ไฟฟ้าถูกกำหนดโดยสมการ Nernst ซึ่งเป็นศักย์ไฟฟ้าสมดุล ในเวลานี้กระแสผ่านอิเล็กโทรดเป็นศูนย์นั่นคืออัตราการเกิดปฏิกิริยาอิเล็กโทรดเป็นศูนย์ หากกระแสไฟฟ้าไม่ไหลผ่านอิเล็กโทรด ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจะต้องเบี่ยงเบนไปจากค่าศักย์ไฟฟ้าสมดุล ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าขั้วไฟฟ้า

โพลาไรซ์อิเล็กโทรด (โพลาไรซ์อิเล็กโทรด) เมื่อ อิเล็กทรอนิกส์ ตัวนำสัมผัสกับสารละลายในหินที่อยู่รอบๆ มันจะเกิดเป็นชั้นสองแบบกัลวานิก ส่งผลให้เกิดการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นได้ การกระโดดที่อาจเกิดขึ้นนี้เรียกว่าศักย์ไฟฟ้าเมื่อตัวนำไฟฟ้าสัมผัสกับสารละลาย เมื่อมีสนามไฟฟ้าภายนอก ค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่สมดุลจะเปลี่ยนไป โดยปกติความแตกต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดภายใต้การกระทำของความหนาแน่นกระแสคงที่และศักย์ไฟฟ้าที่ค่อนข้างสมดุลจะเรียกว่าโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรด โดยทั่วไปคือโพลาไรซ์ไฟฟ้าเคมี โพลาไรเซชันความเข้มข้นและอื่นๆ แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรดเรียกว่าแรงดันไฟเกิน

2. เหตุผลในการโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรด

สาเหตุของการโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรด: เมื่อมีสนามไฟฟ้าภายนอก ค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่ค่อนข้างสมดุลจะเปลี่ยนไป นำไปสู่ลักษณะของโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรด

1. เมื่อมีสนามไฟฟ้าภายนอก ค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่สมดุลจะเปลี่ยนไป โดยทั่วไป การเบี่ยงเบนของศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดภายใต้ความหนาแน่นกระแสหนึ่งจากศักย์ไฟฟ้าที่ค่อนข้างสมดุลจะเรียกว่าโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรด สิ่งที่พบบ่อยคือโพลาไรเซชันไฟฟ้าเคมี แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากโพลาไรซ์ของอิเล็กโทรดเรียกว่าแรงดันเกิน (overvoltage)

2. โพลาไรซ์อิเล็กโทรดสามารถแบ่งออกเป็นโพลาไรซ์ความเข้มข้นและโพลาไรเซชันเคมี
เมื่อกระแสผ่านแบตเตอรี่หรือเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ถ้ากระบวนการอิเล็กโทรดทั้งหมดถูกควบคุมโดยการแพร่กระจายและการพาความร้อนของอิเล็กโทรไลต์ ความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ใกล้ขั้วทั้งสองจะแตกต่างจากร่างกายของสารละลาย ทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้าของขั้วบวก และแคโทดเบี่ยงเบนไปจากศักย์ไฟฟ้าสมดุล ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า สามารถขจัดออกได้ด้วยการกวนสารละลายอย่างแรง โพลาไรซ์เคมีเกี่ยวข้องกับพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาและไม่สามารถกำจัดได้

3. ผลลัพธ์ของโพลาไรเซชันของอิเล็กโทรด

ในกรณีที่สามารถพลิกกลับได้ อิเล็กโทรดจะมีระดับการเกิดไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดในระดับหนึ่ง และสร้างศักย์ไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน jr เมื่อกระแสไหลผ่านอิเล็กโทรด หากปฏิกิริยาอิเล็กโทรดที่ส่วนต่อประสานระหว่างสารละลายอิเล็กโทรดไม่ดำเนินการเร็วเพียงพอ ส่งผลให้ระดับประจุของอิเล็กโทรดเปลี่ยนแปลง ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดก็สามารถเบี่ยงเบนไปจาก jr ได้

ยกตัวอย่างอิเล็กโทรด (Pt)H2(g)|H เมื่อผลกระทบจากการรีดักชันของแคโทดเกิดขึ้น เนื่องจากอัตราของ H ที่เปลี่ยนเป็น H2 นั้นไม่เร็วพอ อิเล็กตรอนที่ไปถึงแคโทดจะไม่สามารถถูกใช้ไปทันเวลาที่กระแสไหลผ่าน ทำให้อิเล็กโทรดสามารถพลิกกลับได้มากขึ้น ในกรณีนี้จะมีกระแสไฟฟ้าเป็นลบมากขึ้น ดังนั้นศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจึงต่ำกว่า jr

ศักยภาพที่ต่ำกว่านี้สามารถส่งเสริมการกระตุ้นการทำงานของตัวทำปฏิกิริยา กล่าวคือ เร่งการแปลง H เป็น H2 เมื่อ (Pt)H2(g)|H ถูกใช้เป็นขั้วบวกในการออกซิไดซ์ เนื่องจากอัตราของ H2 ที่เปลี่ยนเป็น H ไม่เร็วพอ การขาดอิเล็กตรอนบนอิเล็กโทรดเนื่องจากกระแสที่ไหลผ่านจะรุนแรงกว่าใน สถานการณ์แบบพลิกกลับได้ส่งผลให้อิเล็กโทรดมีประจุบวกมากขึ้น ดังนั้นศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจึงสูงกว่า jr

ศักยภาพที่สูงขึ้นนี้เอื้อต่อการส่งเสริมการกระตุ้นการทำงานของสารตั้งต้นและเร่งการเปลี่ยนแปลงของ H2 เป็น H เมื่อขยายสิ่งนี้ไปยังอิเล็กโทรดทั้งหมด จะได้ข้อสรุปเกี่ยวกับความสำคัญสากล: เมื่อมีกระแสไหลผ่าน เนื่องจากความช้าของ ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า ระดับการชาร์จของอิเล็กโทรดจะแตกต่างจากในสถานการณ์ที่พลิกกลับได้ ซึ่งนำไปสู่ปรากฏการณ์ที่ศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดเบี่ยงเบนไปจาก jr ซึ่งเรียกว่า "โพลาไรเซชันของการกระตุ้น" หรือ "โพลาไรเซชันเคมีไฟฟ้า"

เมื่ออิเล็กโทรดถูกกระตุ้นและโพลาไรซ์ เช่นเดียวกับในโพลาไรเซชันความเข้มข้น ศักย์แคโทดจะต่ำกว่า jr เสมอ และศักย์แอโนดจะสูงกว่า jr เสมอ ค่าสัมบูรณ์ของความแตกต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้า jI และ jr ที่เกิดจากโพลาไรเซชันของการกระตุ้นเรียกว่า "ศักยภาพเกินของการกระตุ้น" ขนาดของศักย์ไฟฟ้าเกินในการกระตุ้นคือการวัดโพลาไรเซชันของการกระตุ้นของอิเล็กโทรด