Phân cực là hiện tượng sự vật bị phân cực trong những điều kiện nhất định làm cho các tính chất của chúng bị lệch khỏi trạng thái ban đầu. Tất nhiên, sự phân cực điện cực xảy ra giữa hai điện cực (nghĩa là điện cực âm và dương, hoặc cực dương và cực âm) của tế bào điện phân hoặc pin. Để điện tích dương tích tụ xung quanh một điện cực hoặc khôi phục khả năng mất điện tử liên tục; đồng thời để điện tích âm tích tụ xung quanh điện cực kia hoặc khôi phục khả năng tiếp tục nhận electron.
1. Khái niệm về sự phân cực điện cực
Trong điều kiện không thuận nghịch, khi dòng điện chạy qua điện cực, phản ứng điện cực không thuận nghịch xảy ra. Lúc này, thế điện cực khác với thế điện cực thuận nghịch. Hiện tượng mà thế điện cực và thế điện cực thuận nghịch lệch nhau khi điện cực có dòng điện gọi là hiện tượng phân cực điện cực. Đặc điểm của sự phân cực điện cực là: thế ở catốt âm hơn thế cân bằng (phân cực catốt), và thế ở anot dương hơn thế cân bằng (phân cực anot).
Trong trường hợp pin đổi chiều, toàn bộ pin ở trạng thái cân bằng điện hóa và hai điện cực cũng ở trạng thái cân bằng tương ứng. Thế điện cực được xác định theo phương trình Nernst, là thế điện cực cân bằng. Lúc này dòng điện qua điện cực bằng không, tức là tốc độ phản ứng điện cực bằng không. Nếu cho dòng điện khác XNUMX chạy qua điện cực thì thế điện cực phải lệch khỏi giá trị của thế điện cực cân bằng. Hiện tượng này được gọi là sự phân cực điện cực.
Phân cực điện cực (phân cực điện cực) Khi điện tử chất dẫn điện tiếp xúc với dung dịch trong đất đá xung quanh, nó sẽ tạo thành một lớp điện kép, dẫn đến một bước nhảy tiềm năng. Bước nhảy thế này được gọi là thế điện cực khi vật dẫn điện tử tiếp xúc với dung dịch. Khi có điện trường ngoài, giá trị thế điện cực cân bằng tương đối sẽ thay đổi. Thông thường sự chênh lệch giữa thế điện cực dưới tác dụng của mật độ dòng điện không đổi và thế điện cực tương đối cân bằng được gọi là độ phân cực điện cực. Những cái phổ biến là phân cực điện hóa, phân cực nồng độ, v.v. Suất điện động do phân cực điện cực gây ra gọi là quá điện áp.
2. Lý do phân cực điện cực
Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng phân cực điện cực: khi có điện trường ngoài, giá trị thế điện cực tương đối cân bằng sẽ thay đổi dẫn đến xuất hiện hiện tượng phân cực điện cực.
1. Khi có điện trường ngoài, giá trị thế điện cực cân bằng tương đối sẽ thay đổi. Nói chung, độ lệch của thế điện cực dưới một mật độ dòng điện nhất định so với thế điện cực tương đối cân bằng được gọi là phân cực điện cực. Những cái phổ biến là phân cực điện hóa (phân cực hoạt hóa), phân cực nồng độ, v.v. Sức điện động gây ra bởi sự phân cực điện cực được gọi là quá thế (quá áp).
2. Phân cực điện cực có thể được chia thành phân cực nồng độ và phân cực hóa học
Khi dòng điện đi qua pin hoặc tế bào điện phân, nếu toàn bộ quá trình điện cực được điều khiển bởi sự khuếch tán và đối lưu của chất điện phân thì nồng độ chất điện phân ở gần hai cực khác với thân dung dịch, gây ra thế điện cực của anôt. và cực âm để lệch khỏi thế cân bằng điện cực. Hiện tượng này được gọi là "phân cực nồng độ". Nó có thể được loại bỏ bằng cách khuấy mạnh dung dịch. Sự phân cực hóa học liên quan đến năng lượng hoạt hóa của phản ứng và không thể loại bỏ được.
3. Kết quả của sự phân cực điện cực
Một điện cực, trong trường hợp đảo ngược, có một mức độ điện khí hóa nhất định trên điện cực và thiết lập thế điện cực tương ứng jr. Khi dòng điện chạy qua điện cực, nếu phản ứng điện cực ở bề mặt điện cực-dung dịch không diễn ra đủ nhanh, dẫn đến thay đổi mức điện tích của điện cực thì điện thế cũng có thể lệch khỏi jr.
Lấy điện cực (Pt)H2(g)|H làm ví dụ. Khi hiệu ứng khử của cực âm xảy ra, do tốc độ H chuyển thành H2 không đủ nhanh nên các electron tới cực âm không thể bị tiêu hao kịp thời khi có dòng điện đi qua, khiến điện cực dễ bị đảo chiều hơn. Trong trường hợp này, có nhiều điện âm hơn, do đó thế điện cực trở nên thấp hơn jr.
Điện thế thấp hơn này có thể thúc đẩy quá trình kích hoạt chất phản ứng, nghĩa là đẩy nhanh quá trình chuyển đổi H thành H2. Khi sử dụng (Pt)H2(g)|H làm cực dương để oxy hóa, do tốc độ H2 chuyển thành H không đủ nhanh nên việc thiếu electron trên điện cực do dòng điện chạy qua nghiêm trọng hơn ở tình trạng thuận nghịch, dẫn đến điện cực có điện tích dương hơn, do đó thế điện cực trở nên cao hơn jr.
Điện thế cao hơn này có lợi cho việc thúc đẩy hoạt hóa các chất phản ứng và đẩy nhanh quá trình biến đổi H2 thành H. Mở rộng điều này sang tất cả các điện cực, có thể rút ra một kết luận có ý nghĩa phổ quát: khi có dòng điện chạy qua, do tốc độ chuyển động chậm lại. phản ứng điện hóa, mức độ tích điện của điện cực khác với mức độ trong trường hợp thuận nghịch, dẫn đến hiện tượng thế điện cực lệch khỏi jr, gọi là “Phân cực kích hoạt” hay “Phân cực điện hóa”.
Khi điện cực được kích hoạt và phân cực, như trong phân cực nồng độ, điện thế catốt luôn trở nên thấp hơn jr và điện thế anode luôn cao hơn jr. Giá trị tuyệt đối của sự chênh lệch giữa thế điện cực jI và jr gây ra bởi sự phân cực kích hoạt được gọi là “giá trị quá điện thế kích hoạt”. Độ lớn của quá thế kích hoạt là thước đo độ phân cực kích hoạt của điện cực.
