電気化学の過電圧とは何ですか?


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説明:

電気化学反応を駆動するために必要な追加の電位(熱力学的要件を超える)特定の速度は過電圧と呼ばれます。

過電圧= [電極電位-平衡電位

実際の例:

NaCl水溶液の電気分解の生成物は次のとおりです。アノードで塩素、カソードで水素。

アノードで考えられる反応:

水の酸化

H2O = 1 / 2O2 + 2H + + 2e-(標準還元電位= 1.23 V)

塩素の発生

2Cl- = Cl2 + 2e-(標準還元電位= 1.36 V)

製品の予測による電極電位からの電気分解の場合、両方の反応が発生する可能性は同じです。実際、水の酸化はわずかに多くの可能性があるはずです(ポジティブでないほど酸化を受けることを好むでしょう)。ただし、NaClの濃縮溶液で発生する実際の反応は塩素の発生であり、水の酸化ではありません。つまり、Cl2が生成され、O2ではありません。この予期しない結果は、過電圧の概念に基づいています。つまり、水は酸化のためにより大きな電圧を必要とします。 O2(速度論的に遅いプロセスであるため)Cl-イオンのCl2への酸化に必要なものよりも。

簡単な方法で説明したと思います。

読みたい場合電気化学動力学の詳細については、Bard and Faulkner-ElectrochemicalMethodsを参照してください。

回答

説明は、活性化分極を考慮に基づいています。 具体的には、からの水素発生によるカソードへの亜鉛金属(活性)の堆積を考慮します。 過電圧の概念を使用した水溶液

  • 可逆電位(標準条件)では、水素はt oカソードで放電されますが、水素過電圧が水素原子の組み合わせに依存して水素分子を形成する非可逆型セルであるため、ターフェルの理論によれば、速度論的に(他のステップの中でも)遅いプロセスです。 (すなわち、反応のRDS)。したがって、2つの要因が過電圧現象に影響を与えます。まず、カソード表面の性質であり、2番目は電流密度です。
  • 白金メッキされたプラチナ/パラジウム金属電極は、貧弱な触媒であるだけでなく、高い過電圧を必要とする鉛/水銀触媒と比較して、関与する過電圧の値が低く、水素発生の優れた触媒として機能することがわかります。
  • さらに、ターフェル式をプロットすることにより、過電圧と電流密度の間に放物線関係があることが推測できます。したがって、電流密度を増加させると、堆積が増加します。 Back-EMFとして堆積された材料によって提供されるものと比較してより高いEMFを適用しているため(両方が等しくなると、堆積は停止します)、したがって、さらなる堆積にはより高い電流密度/適用されたEMFが必要です。

  • また、カソードに金属亜鉛を少量堆積させた後、水素亜鉛表面の過電圧は1ボルトのオーダーです。ただし、亜鉛の堆積に必要な電圧は0.763ボルト(標準)/理想的には1ボルト未満であるため、水素イオンは、溶液中の亜鉛濃度が非常に低くなり、亜鉛のemfが水素過電圧値。

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