4.2.3 Числа переноса ионов

Одним из важнейших понятий в электрохимии является число переноса ионов. В электролитах электричество переносится одновременно положительными и отрицательными ионами, поэтому естественно, возникает вопрос, каково участие в этом процессе ионов каждого знака.

Количество переносимого электричества определяется концентрацией ионов и скоростью их движения. Поскольку в одно - одновалентном электролите концентрация катионов и анионов одинаковы, участие их в переносе электричества зависит лишь от относительной скорости их движения. Так как скорости их движения могут быть существенно различными, поэтому и числа переноса будут различными.

Числом переноса иона называется доля прошедшего через электролит электричества, переносимая данным видом ионов, т.е. число переноса иона – это отношение количества электричества, переносимого ионами данного рода сквозь какое либо поперечное сечение электролита, к общему количеству электричества, прошедшего через электролит сквозь это сечение.

Для полностью диссоциированного бинарного электролита, число переноса катиона равно

t₊=

Для аниона t- =

Используя значения токов I₊и I- и формулы (2.5) и (2.10), можно записать:

t₊==(2.16)

t- = =(2.17)

4.3 Электрохимические системы.

4.3.1. Химические и электрохимические реакции.

Чтобы установить круг тех явлений, которые изучает электрохимия, необходимо рассмотреть отличие химических процессов от электрохимических. Выявить почему энергетический эффект химического превращения в первом случае проявляется в форме теплоты, а во втором - в форме электрической энергии.

Рассмотрим, какое-либо химическое превращение, например

Zn + CuSO₄ → Zn SO₄ + Cu

Как любую окислительно-восстановительную реакцию ее можно рассматривать с точки зрения сопряженных процессов окисления и восстановления

Zn – 2ē → Zn²⁺

Cu²⁺+ 2e → Cu

Если эта реакция протекает как химический процесс, то необходимым условием ее осуществления является столкновение участников друг с другом.

Только в момент столкновения, становится возможным переход электронов от одной частицы к дугой.

Следовательно, необходимость контакта реагирующих частиц. Является первой характерной особенностью химического процесса.

Совершится ли такой переход в действительности, зависит от энергии реагирующих частиц и ее соотношения с энергией активации; энергия активации является функцией природы химической реакции и для ионных она невелика.

Путь электрона при таком переходе очень мал, что является второй характерной особенностью химического процесса. И, наконец, столкновения между реагирующими частицами могут происходить в любых точках реакционного объема и при любых взаимных их положениях.

Хаотичность столкновений между реагирующими частицами, ненаправленность электронных переходов является характерной особенностью химического процесса.

В результате этих особенностей энергетические эффекты химических процессов выражаются в форме теплоты, а полезная работа равна нулю.

Чтобы энергетические изменения, соответствующие химическому превращению, проявлялись в виде электрической энергии, т.е. чтобы осуществить электрохимический процесс, необходимого изменить условия его протекания.

Реакцию необходимо провести так, чтобы электронные переходы от одного участника реакции к другому совершались по достаточно длинному пути и в одном определенном направлении.

Таким образом, характерной особенностью электрохимических реакций является то, что их необходимо провести, не приводя в соприкосновение друг с другому частников реакции.