Концентрационная поляризация

Ограничимся рассмотрением случая, когда скорость электродной реакции определяется скоростью диффузии вещества, непосредственно подвергающегося электронному переходу.

По закону Фика количество продиффундировавшего вещества

m = DSt,

где D -коэффициент диффузии;

S – площадь;

C_o и C_s- концентрации вещества в объеме раствора и у поверхности

электрода;

d - толщина диффузионного слоя, в котором наблюдается изменение

концентрации вещества от С ₀до С_s.

Выразим скорость диффузии через силу тока:

m = ,

отсюда

I = zFDS(C₀ – C_s)/d.

Заменив силу тока на плотность, получим

i = zFD(C₀ – C_s)/d.

Толщина диффузионного слоя зависит от перемешивания раствора. По мере увеличения скорости движения раствора относительно поверхности электрода она уменьшается, а плотность тока соответственно увеличивается

Если при неизменной толщине диффузионного слоя увеличивать плотность тока, то концентрация реагирующего вещества у поверхности уменьшается до нуля (С_s = 0). При этом достигается предельное значение плотности внешнего тока - так называемый предельный диффузионный ток i_d:

i = i_d =zFDC₀/d.

Разделив уравнения, получим

= 1 –;

i = i_d(1 –).

Перенапряжение диффузии равно разности между потенциалом электрода под током и равновесным потенциалом

h_Д = j_i - j_р.

Примем для простоты, что при протекании внешнего тока изменяется лишь концентрация исходного вещества, а концентрация продукта реакции остается неизменной. При принятом условии величина потенциала j_i определяется концентрацией веществ у поверхности электрода, а j_р концентрацией вещества в объеме раствора:

h_Д = j⁰ + lgC_s – (j⁰ + lgC₀) = lgC_s/C₀;

= 1 –;

h_Д = lg(1 –).

Так как в электрохимических производствах применяют токи довольно большой плотности, то появление концентрационной поляризации увеличивает расход электрической энергии. Поэтому устранение или уменьшение концентрационной поляризации является важной практической проблемой. Одной из основных мер уменьшения концентрационной поляризации является перемешивание раствора.

Дата добавления: 2014-01-05