|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
|
| |||
|
Тверской государственный технический университет
|
| |||
|
Кафедра биотехнологии и химии |
| |||
|
|
| |||
|
А.В. Быков, Ю.В. Луговой, А.А. Степачева
Электрохимические процессы
|
| |||
|
Методические указания к самостоятельной работе для студентов нехимических специальностей по курсу «Химия» по направлениям подготовки бакалавров Электроэнергетика и электротехника, Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств, Теплоэнергетика и теплотехника, Наземные транспортно-технологические комплексы, Природообустройство и водопользование, Технология транспортных процессов, Биотехнические системы и технологии, направлению подготовки специалистов Наземные транспортно-технологические средства очной формы обучения |
| |||
|
|
| |||
|
|
| |||
|
|
| |||
|
|
| |||
|
Тверь 2014 |
| |||
|
УДК 54.(075.8) ББК 24.я7
Быков А.В. Электрохимические процессы: метод. указания / А.В. Быков, Ю.В. Луговой, А.А. Степачева. Тверь: ТвГТУ, 2014. 48 с.
Содержат теоретические сведения раздела химии «Электрохимические процессы», индивидуальные задания для выполнения расчетно-графической работы методы, а так же примеры решения задач по теме. Являются составной частью курса «Химия» для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров Электроэнергетика и электротехника, Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств, Теплоэнергетика и теплотехника, Наземные транспортно-технологические комплексы, Природообустройство и водопользование, Технология транспортных процессов, Биотехнические системы и технологии, направлению подготовки специалистов Наземные транспортно-технологические средства очной формы обучения.
| ||||
|
Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры биотехнологии и химии (протокол № _ от _ ______ 201_ г.). | ||||
|
| ||||
|
| ||||
|
| ||||
|
Рецензент: зав. кафедрой химии д. х. н. В.И. Луцик | ||||
|
| ||||
|
© Тверской государственный технический университет, 2014 © Быков А.В., Луговой Ю.В., А.А. Степачева. 2014 | ||||
|
| ||||
1 Теоретические аспекты электрохимических процессов
1.1 Какие процессы называются электрохимическими?
Все электрохимические процессы можно разделить на две противоположные группы: процессы электролиза, при которых под действием внешнего источника электроэнергии происходят химические реакции, и процессы возникновения электродвижущей силы и электрического тока вследствие определенных химических реакций.
В первой группе процессов электрическая энергия превращается в химическую, во второй ‒ наоборот, химическая ‒ в электрическую.
Все электрохимические реакции происходят при протекании электрического тока в цепи. Этот круг обязательно состоит из последовательно соединенных металлических проводников и раствора (или расплава) электролита. В металлических проводниках ток переносят электроны, в растворе электролитов ‒ ионы. Непрерывность протекания тока в цепи обеспечивается только тогда, когда происходят процессы на электродах, т.е. на границе металл ‒ электролит. На одном электроде происходит процесс приема электронов ‒ восстановление, на втором электроде - процесс отдачи электронов, т.е. окисления.
Особенностью электрохимических процессов, в отличие от обычных химических, является пространственное разделение процессов окисления и восстановления. Из этих процессов, которые не могут происходить друг без друга, и состоит в целом химический процесс в электрохимической системе.
1.2 В чем заключается сущность механизма образования электродного потенциала?
Гальванический элемент (химический источник тока) – это устройство, в котором химическая энергия окислительно-восстановительной реакции превращается в электрическую. Гальванический элемент состоит из двух электродов (полуэлементов).
Система, в которой металл погружен в раствор собственной соли, называется электродом или полуэлементом. При погружении металлической пластинки в раствор собственной соли имеют место два основных процесса. Первый процесс – это ионизация металла пластинки, где в узлах кристаллической решетки находятся ионы – атомы:
.
Ионизация происходит под действием полярных молекул растворителя (воды). Образующиеся при этом электроны концентрируются на пластинке, заряжая ее отрицательно, а образующиеся катионы металла переходят с пластинки в раствор и концентрируются возле пластинки (рис. 1).
Рисунок1 – Схема металлического электрода
Второй процесс – это взаимодействие молекул растворителя с ионами металла, т.е. сольватация образующихся ионов:
.
При погружении пластинки металла в раствор вначале преобладает процесс ионизации металла, но со временем скорость прямой реакции уменьшается, а растет скорость обратной реакции, пока между этими процессами не установится динамическое равновесие
При этом на границе металл-раствор (твердая фаза — жидкость) устанавливается равновесный двойной электрический слой (ДЭС), состоящий из положительных ионов и электронов. Условное обозначение системы металл-раствор – Ме/Меn+, где вертикальной чертой отмечена граница раздела твердая фаза-раствор.