1. Основные понятия электрохимии

Электрохимия охватывает обширную область явлений, связанную с прохождением электрического тока. Постоянный ток от источника тока (аккумулятора, выпрямителя, генератора и т.п.) протекает через электрохимическую ячейку. Способ переноса тока в разных частях цепи различен.

1. В металлических проводниках он осуществляется потоком электронов, движущихся в направлении, противоположном направлению тока.

2. В растворе электролита происходит миграция катионов и анионов, которые движутся в направлениях, противоположных знакам их зарядов, т.е. в соответствии с направлением электрического поля, устанавливающегося между двумя электродами (катодом и анодом электролизера или отрицательным и положительным полюсами источника тока).

3. На границе электрод – электролит ток переносится путем присоединения электронов (реакция восстановления) либо отдачей электронов (реакция окисления) частицами вещества (ионами, атомами, молекулами). Такой обмен электронами на границе фаз и составляет суть электрохимической реакции.

Из трех перечисленных способов переноса тока электрохимия рассматривает и анализирует последние два, т.е. те явления, которые связаны с массопереносом или движением частиц в растворе (ионика), и те, которые протекают при обмене электронами на электродах (электродика).

Существует много типов электродов, все они характеризуются тем, что на них происходит перенос электрических зарядов (электронов или ионов) через границу раздела фаз. В твердой фазе заряд движется в результате электронной проводимости, а в электролите посредством транспорта заряженных частиц катионов и анионов.

При опускании металлического электрода в раствор своих ионов при отсутствии тока металл и раствор взаимодействуют, и становится возможным переход некоторого количества ионов металла в электролит и обратно. Через некоторое время на границе металл – раствор устанавливается равновесие, обусловленное равенством химических потенциалов вещества в обеих фазах. Достижение равновесного состояния совсем не означает, что в системе не протекают никакие процессы. Обмен ионами между твердой и жидкой фазами продолжается, но скорости таких переходов становятся равными. Равновесному состоянию отвечает определенный равновесный потенциал.

Соответствующие заряды в обеих фазах (положительные в металле и отрицательные в растворе) располагаются вблизи поверхности, образуя на границе металл – раствор ионный двойной электрический слой. Пространственное разделение зарядов противоположного знака с образованием своеобразного микроконденсатора – двойного электрического слоя приводит к появлению потенциала.

Понятие электродный потенциал основано на различии в плотностях зарядов или энергии электронов в двух фазах. Избыток ионов или электронов на поверхности одной из фаз (твердой или жидкой) сообщает этой фазе внешний, или вольта-потенциал ψ. Этот потенциал определяется работой, достаточной для медленного переноси единичного точечного электрического заряда из бесконечности в данную точку на поверхности фазы. Внутренний или гальвани-потенциал фазы φ выражается электрической работой, необходимой для перемещения единичного заряда из бесконечности, в вакууме в данную точку внутри фазы. Гальвани-потенциал представляет собой разность двух внутренних потенциалов между двумя точками в различных фазах, поэтому в противоположность вольта-потенциалу его нельзя определить экспериментально. Условились электродным потенциалом называть ЭДС электрохимической цепи, в которой справа расположен исследуемый электрод, а слева нормальный водородный электрод. Совокупность потенциалов, установленных таким образом, составляет ряд нормальных потенциалов по водородной шкале (см. Приложение).

Электрические единицы

Сила постоянного тока , разность потенциалов φ и сопротивлениесвязаны между собой законом Ома:

(1.1)

Основной электрической единицей в Международной системе единиц СИ является ампер (А) – сила неизменяющегося тока, который проходя по двум параллельным прямолинейным проводника бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме вызывал бы между этими проводниками силу, равную 2·10^-7 Н. Ампер является практической единицей измерения силы тока.

Единицей электрического потенциала в Международной системе единиц СИ и практической единицей измерения потенциала является вольт (В) – разность электрических потенциалов между двумя точками электрического поля, при перемещении между которыми заряда в 1 Кл совершается работа в 1 Дж.

Единицей электрического сопротивления в Международной системе единиц СИ и практической единицей измерения сопротивления является Ом – это электрическое сопротивление линейного проводника, в котором разность электрических потенциалов, равная 1 В вызывает ток силой в 1 А.

Закон Ома, лежащий в основе единицы электрического сопротивления, применим к системе проводников, включающей электролиты, если учитывать скачки потенциала на границе фаз электрод – раствор, раствор – раствор. Отклонение от закона Ома в электролитах наблюдается в полях высокой частоты или при очень больших напряжениях.